Facilitaire dienstverlening, ontwerp en...

Facilitaire dienstverlening, ontwerp en projectengineering voor drinkwater- en afvalwaterinstallaties

Ontwerphandleiding | VLT® AQUA Drive FC 202

drives.danfoss.com

4 stappennaar een betrouwbare installatie. Danfoss ondersteunt uw projectplanning met jarenlange ervaring.

http://drives.danfoss.com

22

Met de uitneembare checklist achterin deze handleiding in vier stappen naar een optimaal ontwerp.

33

Ontwerphulpmiddelen .................................................................................................................................................................................. 6Deel 1: Basis ........................................................................................................................................................................................................ 8

Kostenreductie en meer gebruiksgemak ................................................................................................................................................................... 8Toerenregeling bespaart energie .................................................................................................................................................................................. 9Vergroot kosteneffectiviteit............................................................................................................................................................................................. 10Realiseer potentiële besparingen in de praktijk ..................................................................................................................................................... 11

Deel 2: Vier stappen naar een optimaal systeem ............................................................................................................................... 12Stap 1: Praktische aspecten van de AC-voeding ............................................................................................................................ 12

De configuratie van de voeding

Praktische aspecten van elektromagnetische compatibiliteit (EMC) ................................................................................... 13Elektromagnetische effecten: tweerichtingsverkeerDe verantwoordelijkheden van de gebruikerTwee mogelijkheden om storingen te beperkenHet onderscheid tussen interferentie door geleiding en door straling ............................................................................................................ 14Koppeling tussen elektrische schakelingenConductieve koppelingCapacitieve koppelingKoppeling door straling

Praktische aspecten van netkwaliteit ................................................................................................................................................. 15Netverstoring door hogere harmonischen

VoedingsspanningKwaliteit vastgelegd in normenHoe netverstoring ontstaat

Praktische aspecten van netverstoring door hogere harmonischen (laagfrequente verstoring) ............................ 16 Effecten van netverstoringOnderspanningswaarschuwingenHogere verliezenBestaan frequentieregelaars zonder netverstoring? Analyse van netverstoring

Praktische aspecten van reductie van netverstoringen ............................................................................................................. 17 Opties voor reductie van netverstoringSmoorspoelen in de ingang of in de DC-tussenkringGelijkrichter met 12, 18 of 24 puls gelijkrichtingPassieve filtersVoordelen van passieve filtersNadelen van passieve filtersActieve filters ............................................................................................................................................................................................................... 18Voordelen van actieve filtersNadelen van actieve filters

Stroom- en vervormingsspectrum bij vollast“Slim” DC link ............................................................................................................................................................................................................... 19Active front endVoordelen van AFE.............................................................................................................................................................................. ....................... 20Nadelen van AFE

Praktische aspecten van hoogfrequente verstoringen (RFI) .................................................................................................... 21 Radiofrequente interferentie

Normen en richtlijnen definiëren de limieten

Praktische aspecten van 1st en 2nd environment ........................................................................................................................ 22De opstellingsplaats is bepalend

1st environment (Klasse B): huishoudelijke omgeving2nd environment (Klasse A): industriële omgevingSpeciale omgevingenGeen concessies

Praktische aspecten van netbeveiligingen ....................................................................................................................................... 23Arbeidsfactor (cos φ) compensatieNettransiënten

Praktische aspecten van bedrijf met een transformator of stand-bygenerator ............................................................... 24Maximale benutting van de transformator

TransformatorbelastingNetkwaliteit

Gebruik met stand-bygenerator

Inhoud

4

Stap 2: Praktische aspecten van omgevingsomstandigheden ........................................................................................ .. 25De juiste montageplaats:

Kastmontage versus wandmontage

Praktische aspecten van de IP-klasse .......................................................................................................................................... .. 26IP-classificatie volgens IEC 60529

Praktische aspecten van het ontwerp van koeling ............................................................................................................... .. 27Voldoen aan de gespecificeerde omgevingstemperatuurKoelingRelatieve vochtigheid

Praktische aspecten van speciale eisen ..................................................................................................................................... .. 28Agressieve omgeving of gassenStofrijke omgeving .....................................................................................................................................................................................................29

Minder koelingKoelventilatorenStoffilters

Praktische aspecten van explosiegevaarlijke gebieden ..................................................................................................... .. 30Potentieel explosiegevaarlijke gebieden

Stap 3: Praktische aspecten van motoren en kabels ............................................................................................................ .. 31Minimale rendementsklassen voor elektromotoren

Verplicht minimumrendementIE- en Eff-klassen: grote verschillen in de detailsDriefasenmotoren waarvoor MEPS verplicht is

Praktische aspecten van IE-classificatie van motoren ..................................................................................................... ..32Schema voor MEPS-implementatieVoldoen aan de gespecificeerde montageafmetingen van EN 50347Kostenbesparing

Praktische aspecten van EC- en PM-motoren ......................................................................................................................... .. 33Verschillende technische benamingenDe technologieHoog rendementHet Danfoss EC+-conceptOversynchroon bedrijf ........................................................................................................................................................................................34Standaard IEC-behuizing

Praktische aspecten van motoren die geschikt zijn voor frequentieregelaarbedrijf ............................................. .. 35SelectiecriteriaIsolatiebelastingLagerbelastingThermische belasting

Praktische aspecten van uitgangsfilters .................................................................................................................................... .. 36Sinusfilters en du/dt-filters

Functies en taken van sinusfiltersWanneer worden sinusfilters toegepast?Renovatie

Praktische aspecten van motorkabels ........................................................................................................................................ .. 37Nominale spanningKabeldimensioneringLengte motorkabelEnergiebesparingKabels met geschikte afscherming

Praktische aspecten van aarding .................................................................................................................................................. .. 38Het belang van aarding

Elektrisch geleidende materialenAarding in sterconfiguratieGoed contactOppervlak van geleider

Inhoud

5

Praktische aspecten van afscherming ........................................................................................................................................ .. 39Het belang van afscherming

Afgeschermde kabels en bedradingAfwerking van de afschermingOnderbrekingen in de afschermingAardverbinding......................................................................................................................................................................................................40MotorkabelSignaalkabelSoorten afscherming

Stap 4: Praktische aspecten van de selectie van frequentieregelaars .......................................................................... .. 41BasisontwerpConstant of variabel koppel

Praktische aspecten van belastingskarakteristieken van werktuigen .......................................................................... 42Karakteristieke curves en toepassingen

Praktische aspecten van multimotorbedrijf (speciale toepassing) ................................................................................ .. 43OntwerpBekabeling

Praktische implementatie van EMC-maatregelen ................................................................................................................. .. 44De theorie in praktijk brengenRadiofrequente interferentie

Praktische aanbevelingenTwee benaderingswijzen voor RFI-filters

Netverstoring ................................................................................................................................................................................................................45De DC-tussenkring beïnvloedt netverstoringBeperkende maatregelenNetsmoorspoelGelijkrichters met 12, 18 of 24 pulsen per cyclus ...........................................................................................................................................46Passieve filtersActieve filters, “active front end” en “low harmonic drives”

Praktische aspecten van RCD, residual current devices ...................................................................................................... .. 47AC/DC-reststroombeveiligingen, aardlekbeveiligingen

Lekstroomniveau

Praktische aspecten van aarding en motorbeveiliging ...................................................................................................... .. 48Maatregelen voor aarding in de praktijk

Motorbeveiliging en motor PTC thermistor

Praktische aspecten van bediening en gegevensweergave ............................................................................................. .. 49Eenvoudig bedieningsconcept

Lokale bediening ...................................................................................................................................................................................................50Duidelijk displayUniform conceptBedieningspaneel in de kastdeur

Praktische aspecten van configuratie en parameterbeheer met een pc ..................................................................... .. 51Extra opties

Praktische aspecten van datacommunicatie ........................................................................................................................... .. 52Bussystemen Beter alarmmanagementBeter installatiebeheerLagere installatiekostenEenvoudigere inbedrijfstelling

Praktische aspecten van aanvullende selectiefactoren ...................................................................................................... .. 53ProcesregelaarOnderhoudOpslag

VLT® AQUA Drive ...................................................................................................................................................................................... .. 54EU Richtlijnen voor frequentieregelaars ........................................................................................................................................ .. 55Index ............................................................................................................................................................................................................ .. 56Afkortingen ................................................................................................................................................................................................ .. 59Ontwerpchecklist ..................................................................................................................................................................................... .. 60Opmerkingen ........................................................................................................................................................................................... .. 62

6

Hulpmiddelen voor concept- en detailontwerp Ontwerphandleiding voor drinkwater en afvalwater

De Danfoss Ontwerphandleiding voor drinkwater- en afvalwaterinstallaties is ontwikkeld voor ingenieursbureaus, overheden, projecten plant-engineers en electrical engineers die actief zijn in drinkwater- en afvalwatertechnologie. Het is een uitgebreide handleiding voor technisch ontwerpers van besturingen en elektrische installaties evenals voor pro-jectmanagers die verantwoordelijk zijn voor projecten met frequentieregelaars.

Voor dit doel hebben onze specialisten de inhoud van deze ontwerphandleiding afgestemd met ontwerpers en gebruikers uit de praktijk om de onderwerpen zo praktisch mogelijk te behandelen. De omschrijvingen van technische fenome-nen in de afzonderlijke secties zijn bewust beknopt gehouden. Ze zijn niet bedoeld

als een uitputtende uitleg van de techni-sche verschijnselen, maar als een checklist van relevante onderwerpen en eisen voor projectengineering. Op deze manier biedt de “Danfoss Ontwerphandleiding voor drinkwater- en afvalwaterinstallaties” ondersteuning in de projectengineering van toerenregelingen en de evaluatie van producten van verschillende fabrikanten van frequentieregelaars.

Projectengineering van toerengere-gelde aandrijvingen leidt regelmatig tot vraagstukken die niet direct verband houden met de specifieke taken van een frequentieregelaar, maar veel meer met de integratie van deze producten in het gehele aandrijfsysteem en de rest van de technische installatie. Om deze reden is het belangrijk niet alleen de frequentie-

regelaar te beoordelen maar het gehele aandrijfsysteem, bestaande uit elektro-motor, frequentieregelaar, bekabeling en het geheel aan omgevingsvariabelen, waaronder de voedingsspanning en de omgevingsomstandigheden.

Projectengineering en lay-out van een toerengeregelde aandrijving zijn van doorslaggevend belang. De besluiten van de projectengineer in de vroege projectstadia zijn cruciaal voor de kwaliteit van de aandrijving, de bedrijfs- en onderhoudskosten en storingsvrij bedrijf. Degelijke engineering in de vroege projectstadia voorkomt onplezierige verrassingen tijdens de bedrijfsvoering van het aandrijfsysteem.

Toepassing van frequentieregelaars vraagt om zorgvuldige afwegingen vanwege de technische eigenschappen van deze apparatuur.

Deze ontwerphandleiding en de ontwerp-checklist zijn ideale hulpmiddelen om het beste ontwerp te realiseren en zo de basis te leggen voor de operationele betrouw-baarheid van het gehele systeem.

De ontwerphandleiding voor drinkwater en afvalwater bestaat uit twee delen. Het eerste deel geeft informatie over het gebruik van frequentieregelaars in het algemeen. Dit omvat de onderwerpen: rendement, optimalisatie van totale gebruikskosten en langere levensduur.Het tweede deel van de ontwerphandlei-ding behandelt de vier essentiële stappen in het ontwerp van een aandrijfsysteem en geeft tips voor de toepassing van toerenregeling in bestaande installaties. De aandachtspunten voor betrouwbare bedrijfsvoering worden behandeld:

selectie en dimensionering van de voeding, omgevingsomstandigheden, de motor en de motorkabels. Alsook de selectie en dimensionering van de frequentieregelaar plus relevante achtergrondinformatie van deze aspecten.

Achter in deze ontwerphandleiding treft u een checklist aan waar de afzonderlijke stappen afgevinkt kunnen worden. Wanneer alle genoemde factoren worden meegenomen realiseert u een optimaal systeemontwerp voor jarenlange betrouwbare bedrijfsvoering.

7

8

Deel 1: BasisKostenreductie en meer gebruiksgemak

Verminderde slijtageFrequentieregelaars kunnen elektromoto-ren rustig en beheerst starten en stoppen. In tegenstelling tot motoren die recht-streeks op het net worden ingeschakeld, zullen motoren die door een frequentie-regelaar worden gevoed geen koppel- of belastingsschokken veroorzaken. Dit ver-laagt de belasting in de hele aandrijflijn (motor, tandwielkast, koppeling, pomp/ventilator/compressor), evenals het lei-dingsysteem inclusief de afdichtingen. Op deze manier zorgt toerenregeling voor verminderde slijtage en verlenging van de levensduur van het gehele systeem. Onderhouds- en reparatiekosten zijn lager dankzij langere onderhoudsintervallen en gereduceerde materiaalslijtage.

Optimale instelling van het bedrijfspuntHet rendement van drinkwater- en afval-waterverwerkende systemen is afhankelijk van het optimale bedrijfspunt. Dit be-drijfspunt varieert als de daadwerkelijke benutting van de aanwezige verwerkings-capaciteit varieert. Het gehele systeem zal efficiënter werken als het dichter bij het optimale bedrijfspunt functioneert. Met behulp van continue en traploze toeren-regeling kunnen frequentieregelaars een aangedreven werktuig exact op het opti-male bedrijfspunt laten draaien.

Groter regelbereikMet frequentieregelaars kunnen motoren in het “oversynchroon” bereik worden gebruikt, met een frequentie boven 50 Hz. Hierdoor kan tijdelijk extra vermogen wor-den geleverd. De mate waarin oversyn-chroon bedrijf mogelijk is, is afhankelijk van de maximale uitgangsstroom en over-belastbaarheid van de frequentieregelaar. In de praktijk worden pompen regelmatig gebruikt op een frequentie van 87 Hz. De motorfabrikant moet worden geraad-pleegd omtrent de geschiktheid van de motor voor oversynchroon bedrijf.

Lager geluidsniveauSystemen die in deellast draaien zijn stiller. Door toepassing van toerenregeling wordt de geluidsproductie aanzienlijk gereduceerd.

Verlengde levensduurAandrijvingen die in deellast draaien vertonen minder slijtage waardoor de levensduur wordt verlengd. De lagere, geoptimaliseerde bedrijfsdruk heeft daarnaast een positief effect op de leidingsystemen.

RenovatieFrequentieregelaars kunnen meestal relatief eenvoudig in bestaande installaties worden toegepast.

Vergeleken met een mechanische toerenregeling kan de toepassing van een elektronische toerenregeling met een frequentieregelaar leiden tot een aanzien-lijke energiebesparing en verminderde slijtage. Deze factoren hebben grote invloed op de operationele kosten. Hoe vaker aandrijvingen in deellast draaien, des te groter is het besparingspotentieel op het gebied van energie- en onder-houdskosten. Vanwege het grote bespa-ringspotentieel kan de extra investering in een elektronische toerenregeling vaak in enkele maanden worden terugverdiend. Toerenregeling heeft bovendien een buitengewoon positief effect op verschil-lende aspecten van de procesregeling en de totale beschikbaarheid van het systeem.

Groot potentieel voor energiebesparingMet een elektronische toerenregeling kan debiet, druk of verschildruk worden afgestemd op de actuele vraag. In de praktijk functioneren de meeste systemen in deellast, niet in vollast. In het geval van ventilatoren, pompen of compressoren met een variabel koppelkarakteristiek is het energiebesparingspotentieel afhan-kelijk van het verschil tussen deellast- en vollastbedrijf. Hoe groter dit verschil is, hoe korter de benodigde tijd om de investering terug te verdienen. Meestal is deze periode 12 maanden.

Limitering van startstroomInschakeling van elektrische aandrijvin-gen die direct met het voedend net zijn verbonden leidt tot piekstromen die 6 tot 8 maal zo groot zijn als de nominale stroom. Frequentieregelaars beperken de startstroom tot de nominale motorstroom. Hiermee elimineren ze inschakelpieken en worden spanningsschommelingen als gevolg van tijdelijke overbelasting van de voeding voorkomen. Vanuit het ge-zichtspunt van de energieleverancier zal de aansluitwaarde van een pompset lager worden waardoor de vaste kosten van de aansluiting lager zullen zijn.

9

Toerenregeling bespaart energie

Het energiebesparingspotentieel bij gebruik van een frequentieregelaar is afhankelijk van het belastingstype van de aangedreven last, de optimalisatie van het pompen motorrendement door de frequentieregelaar alsook de tijdsduur van het deellastbedrijf. Drinkwater- en afvalwatersystemen worden ontworpen voor pieksituaties die in de praktijk niet vaak voorkomen. In normaal bedrijf zullen de installaties daardoor voornamelijk in deellast werken.

Centrifugaalpompen en ventilatoren bieden het grootste potentieel voor energiebesparing. Deze belastingen vallen in de categorie van de stromings-machines met variabel-koppelkarakteris-tiek. Deze hebben de volgende proportio-naliteitswetten:

Het debiet neemt lineair toe met de toename van het toerental (rpm), de druk neemt kwadratisch toe en het benodigd vermogen neemt kubiek toe met het stijgen van het toerental (rpm).

De doorslaggevende factor in de energie-besparing is de kubieke relatie tussen toerental en opgenomen vermogen. Een pomp die bijvoorbeeld op half toerental draait zal slechts 1/8 deel van het

vermogen nodig hebben, vergeleken met het nominale toerental. Ook kleine reducties van het toerental leiden al tot aanzienlijke energiebesparing. Een verlaging van het toerental met bijvoor-beeld 20% zal leiden tot 50% energiebe-sparing. Het grootste voordeel van toepassing van een frequentieregelaar is het gegeven dat toerenregeling geen energie verspilt (in tegenstelling tot bijvoorbeeld een regelklep of demper), maar het vermogen aanpast aan de werkelijke behoefte.

Extra energiebesparing kan worden gerealiseerd door optimalisatie van het pomp- of motorrendement door de frequentieregelaar. De uitgangsspan-ningskarakteristiek (u/f curve) levert de juiste spanning bij iedere frequentie en toerental. Op deze manier voorkomt de regelaar motorverliezen die anders zouden worden veroorzaakt door onevenredig grote blindstromen.

Opmerking: Danfoss VLT® AQUA Drive-frequentieregelaars optimaliseren het energieverbruik nog verder. De Automatische Energie Optimalisatie (AEO)-functie past de motorspanning continu aan zodat de motor altijd het hoogst mogelijke rendement heeft. De VLT® AQUA Drive past de motorspanning aan op basis van de actuele gemeten belasting. De extra energiebesparing bedraagt 3 tot 5%.

Toerental n [%]

Q, p

, P [%

]

100

60

80

40

20

0

10060 8040200

Q

P

p

Proportionaliteitsregels voor stromingsma-chines. Vanwege de fysieke relaties zijn de doorvoersnelheid Q, druk p en vermogen P bij stromingsmachines rechtstreeks afhankelijk van de machinesnelheid.

10

LCC = Cic + Cin + Ce + Cop + Co + Cs + Cm + Cu

Cic = initiële kapitaalkosten (aanschaf )

Cin = installatie- en inbedrijfnamekosten

Ce = energiekosten Cs = stilstands- en productieverlieskosten

Co = operationele kosten Cenv = milieukosten

Cm = onderhoudskosten Cd = uitbedrijfneming- en verwijderingskosten

Vergroot kosteneffectiviteit

Berekening van totale kosten tijdens de levensduur

In aanvulling op pompen systeemcurves laat deze grafiek verschillende rendementsniveaus zien. Zowel klepregeling als toerenregeling verschuiven het werkpunt uit het optimale rendementsgebied.

84%

70%

80%

84%

80%

Dru

k [b

ar]

Rendementsgebied

Pompcurve

Klepregeling

Setpoint

Systeemcurve

Snelheids-regeling

Flow [Q]

Life Cycle Cost (LCC)-analyseTot enkele jaren geleden waren aanschaf-prijs en installatiekosten de enige criteria bij de selectie van een pompsysteem. Tegenwoordig is een volledige analyse van alle relevante kosten steeds meer gangbaar. Onder de noemer “life cycle cost” (LCC) worden de totale kosten beoordeeld die ontstaan gedurende de levensduur van de apparatuur.

Een “life cycle cost”-analyse omvat niet alleen de aanschaf- en installatiekosten, maar ook de energiekosten, operationele kosten, onderhoudskosten, kosten van stilstand, milieukosten en kosten van verwijdering en afvoer. Twee factoren – energiekosten en onderhoudskosten hebben een doorslaggevende invloed op de totale “life cycle cost”. Gebruikers passen geavanceerde pompregelingen toe om deze kosten te reduceren.

Reductie van energiekostenEén van de grootste factoren in de berekening van de levensduurkosten zijn de energiekosten. Dit geldt met name als een pompsysteem meer dan 2000 uren per jaar in bedrijf is.

a) Klepregeling: η neemt af b) Regeling van het actuele toerental: η curve niet in lijn met de systeemcurvec) Optimale toerenregeling: η curve komt bijna overeen met de systeemcurve

a)

c)

b)

84%

70%84%

80%

80%

60%

84%

70%80% 84%

50%

60%

70%84%

Verm

ogen

Toerental [n]

Rendementsgebied

Veel bestaande pompsystemen hebben een groot potentieel voor energiebespa-ring dat nog niet wordt benut. Dit vloeit voort uit het feit dat de meeste pompaan-drijvingen zijn overgedimensioneerd en ontworpen voor een “worst-case” situatie. Het debiet wordt vaak geregeld door een regelklep of smoorklep. In deze regel- strategie draait de pomp altijd op vol toerental en verbruikt onnodig veel energie.

Dit is vergelijkbaar met het besturen van een auto met het gaspedaal volledig ingedrukt en snelheidsregeling met het rempedaal.

Moderne, intelligente frequentieregelaars bieden ideale middelen om zowel energieverbruik als onderhoudskosten te reduceren.

11

Realiseer potentiële besparingen in de praktijk

De omschrijvingen in deel 1 van deze ont-werphandleiding richten zich primair op de principes en potentiële besparingen in drinkwater- en afvalwatertechnologie.

Hier gaat het onder andere om “life cycle cost”, verlaging van energieverbruik en terugbrengen van energie- en onder-houdskosten. Het is nu uw taak om zoveel mogelijk van deze potentiële voordelen door middel van een intelligent en afge-wogen ontwerp realiteit te laten worden.

Om u daarbij behulpzaam te zijn leidt deel 2 van deze handleiding u door het ontwerpproces in vier stappen.De volgende hoofdstukken beschrijven

de volgende stappen:– Voedingsspanning– Omgevingsomstandigheden – Motoren en bekabeling– Frequentieregelaars geven informatie

over relevante kenmerken en de benodigde basisgegevens voor selectie en dimensionering om uiteindelijk te komen tot een betrouwbare installatie.

Waar het resultaat nog verder kan wor-den verbeterd door aanvullende infor-matie worden referenties vermeld naar documenten die de basisinformatie in deze handleiding aanvullen.

De bijgevoegde checklist achter in deze handleiding, die u kunt uitvouwen of verwijderen, is een hulpmiddel waar u de afzonderlijke stappen kunt afvinken. Dit geeft een snel en praktisch overzicht van de relevante ontwerpfactoren.

Deze factoren zijn de basis voor het ont-werp van een betrouwbaar aandrijfsys-teem dat efficiënt met energie omgaat.

12

Deel 2: Vier stappen naar een optimaal systeemStap 1: Praktische aspecten van de AC-voeding

De configuratie van de voedingEr kunnen verschillende AC-voedingsnet-ten worden gebruikt voor de voeding van frequentieregelaars. De diverse voedings-systemen hebben verschillende invloeden op de EMC-eigenschappen van het systeem. Het vijfdraads TN-S-systeem is in dit opzicht het beste systeem, terwijl het geïsoleerde IT-systeem het minst geschikt is.

TN-netsysteemEr zijn twee uitvoeringen van dit voedingssysteem: TN-S en TN-C.

TN-SDit is een vijfdraadssysteem met afzonderlijke geleiders voor nul (N) en aarde (PE – protective earth).Dit systeem biedt de beste EMC-eigen-schappen en voorkomt de verspreiding van storingen.

TN-CDit is een vierdraadssysteem met een gemeenschappelijke nul en aarde door het gehele voedingssysteem.Door de combinatie van nul en aardgeleider heeft een TN-C-systeem geen goede EMC-eigenschappen.

TT-netsysteemDit is een vierdraadssysteem met een geaarde nulgeleider en individuele lokale aarding van frequentieregelaars.Mits correct uitgevoerd heeft dit systeem goede EMC-eigenschappen.

IT-netsysteemDit is een geïsoleerd vierdraadssysteem waarbij de nulgeleider niet geaard is, dan wel geaard via een impedantie.

L1L2L3NPE

L1L2L3N

L1L2L3N

L1L2L3PEN

TN-S-systeem Afzonderlijke nul (N) voor veiligheidsaarde (PE)

TT-systeem IT-systeem

TN-C-systeem Gecombineerde nul- en veiligheids-aardgeleider in één gemeenschappelijke geleider in het gehele systeem

Geaarde nulgeleider met aarde en afzonderlijke aarding van de componenten

Geïsoleerd systeem met nulgeleider, die niet geaard is of via impedantie geaard is.

L1L2L3NPE

L1L2L3N

L1L2L3N

L1L2L3PEN






L1L2L3NPE

L1L2L3N

L1L2L3N

L1L2L3PEN






L1L2L3NPE

L1L2L3N

L1L2L3N

L1L2L3PEN






Noot: Alle EMC-voorzieningen van de frequentieregelaar (filters enz.) moeten uitgeschakeld of losgekoppeld worden bij gebruik in een IT-netsysteem.

Elektrische netsystemen volgens EN 50310 / HD 384.3

13

Elektromagnetische effecten: tweerichtingsverkeerSysteemcomponenten beïnvloeden elkaar: elk apparaat genereert verstoring en wordt beïnvloed door verstoring. Naast de soort en hoeveelheid verstoring die door een apparaat wordt verspreid kan een apparaat ook gekarakteriseerd worden door de ongevoeligheid voor verstoringen vanuit apparaten in de nabijheid.

De verantwoordelijkheden van de gebruikerVoorheen moest de fabrikant van een component of subsysteem van frequentie-regelaars voorzorgen treffen om te voldoen aan de geldende normen. Met de introductie van de EN 61800-3-norm voor “variable speed drive systems”, is deze verantwoordelijkheid overgegaan naar de eindgebruiker van het systeem. Fabrikan-ten hoeven nu slechts oplossingen aan te

reiken voor gebruik in overeenstemming met de limieten in de norm. Bestrijding van eventuele verstoringen (anders gezegd, het inzetten van oplossingen) en de daaruit voortvloeiende kosten zijn de verantwoordelijkheid van de gebruiker.

Twee mogelijkheden om storingen te beperkenGebruikers en engineers hebben twee mogelijkheden om elektromagnetische compatibiliteit te realiseren. Eén mogelijk-heid is de emissie te beperken door de verstoring bij de bron te dempen of volledig te elimineren. De andere mogelijkheid is de immuniteit of ongevoeligheid te vergroten van de componenten die door storingen worden beïnvloed. Dit betekent praktisch dat wordt voorkomen dat storingen worden ontvangen of dat deze ontvangst drastisch wordt beperkt.

Radiostoring elimineren

Radioactiviteit

Harmonische vervorming

Microgolven

TEMPEST

Bliksembeveiliging

Corona

Magnetische velden EMC Elektrische corrosie

Biologische eecten

Elektrostatisch

NEMP

Bescherming tegen contact

Weerstand tegen interferentie

Ieder elektrisch apparaat genereert elektrische en magnetische velden die de directe omgeving meer of minder beïnvloeden.

De grootte en gevolgen van deze effecten zijn afhankelijk van het vermogen en ontwerp van het apparaat. In elektrische machines en systemen kan de interactie tussen elektrische of elektronische componenten de storingsvrije werking belemmeren of onmogelijk maken. Het is voor gebruikers en ontwerpers belangrijk om de mechanismen van deze interacties te doorgronden zodat reeds in het ontwerpstadium passende en kosten- efficiënte maatregelen getroffen kunnen worden.

De kosten van passende maatregelen zullen namelijk steeds groter worden als ze later in het project worden doorgevoerd.

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) omvat een grote verscheidenheid aan factoren. De belangrijkste factoren in de toepassing van frequentieregelaars zijn netverstoring, onderdrukking van RFI (Radio Frequente Interferentie) en immuniteit tegen verstoringen.

Praktische aspecten van elektromagnetische compatibiliteit (EMC)

14

Praktische aspecten van elektromagnetische compatibiliteit (EMC)

Het onderscheid tussen interferentie door geleiding en door stralingEr is altijd wisselwerking op plaatsen waar meerdere componenten of systemen aanwezig zijn. Experts maken onderscheid tussen de bron van de interferentie en het slachtoffer van de interferentie, ofwel het systeem dat de verstoring veroorzaakt en het systeem dat er door wordt beïnvloed. Alle elektrische en magnetische groothe-den kunnen in principe tot verstoringen leiden. Verstoringen kunnen de vorm hebben van hogere harmonischen, elektrostatische ontlading, snelle spanningsfluctuaties, hoogfrequente storingen of stoorvelden. In de praktijk wordt netvervuiling door hogere harmonischen vaak betiteld als “hogere harmonischen” of kortweg “harmonischen”.

Koppeling tussen elektrische schakelingenBlijft de vraag over hoe de verstoringen zich verplaatsen. In de vorm van elektro-magnetische emissie kan de verstoring zich verplaatsen via geleiders, elektrische velden of elektromagnetische straling. In technische termen is sprake van koppeling door geleiding, capacitieve of inductieve koppeling of straling als vormen van interactie waardoor elektro-magnetische energie van één schakeling naar een andere kan stromen. Conductieve koppelingCapacitieve koppeling is het resultaat van spanningsverschillen tussen twee schakelingen.

Capacitieve koppelingCapacitieve koppeling is het resultaat van spanningsverschillen tussen twee schakelingen.Inductieve koppeling ontstaat tussen twee stroomvoerende geleiders.

Koppeling door stralingKoppeling door straling treedt op wanneer een slachtoffer zich bevindt in het “nabije veld” gebied van een elektromagnetisch veld dat door een stoorbron wordt opgewekt.Voor de verdere elektromagnetische analyse omschrijft de norm 30 MHz als de grens tussen koppeling door geleiding en koppeling door straling. Dit komt overeen

Interferentiepaden

Elektromagnetische verstoringen vinden over het hele frequentiebereik plaats maar de verspreidingsvormen en -routes variëren.

Interferentie door geleiding via kabel

(netkabels, stuurkabels)

10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 30 MHz 100 MHz 300 MHz 1 GHz

Interferentie door straling (via de lucht)

Frequentieregelaars en EMC

Laagfrequente effecten (geleiding) Netverstoring/harmonischenHoogfrequente effecten (straling) Radiofrequente interferentie

(uitstraling van elektromagnetische velden)

Bron van interferentie

Delen van schakelcircuits VermogensomzettersFrequentieregelaarsOntstekingssystemenRadiotelefoonsMobiele telefoonsComputersSchakelende voedingen

Ontvanger van interferentie

bijv.:RegelsystemenVermogensomzettersFrequentieregelaarsAlgemene radio-ontvangstsystemenMobiele telefoonsBedrading voor data-/spraakoverdracht

Interferentiekoppelingbijv. geleidend, capacitief, inductief of elektromagnetisch

met een golflengte van 10 meter. Onder deze grens van 30 MHz vindt elektromag-netische verstoring voornamelijk plaats in de vorm van geleiding of koppeling door elektrische of magnetische velden. Boven 30 MHz werken draden en kabels als antennes en zenden elektromagnetische straling uit.

Overzicht van koppelwegen voor elektromagnetische verstoring en karakteristieke voorbeelden

Praktische aspecten van netkwaliteit

Metingen laten specifieke vervorming zien in de vorm van de netspanning als gevolg van verstoring door niet-lineaire belastingen.

De ideale situatie van een sinusvormige netspanning wordt tegenwoordig zelden aangetroffen in elektriciteitsnetten.

Netverstoring door hogere harmonischenVoedingsspanningDe netspanning zoals die door energiebe-drijven wordt geleverd aan huishoudens, bedrijven en de industrie zou een zuiver sinusvormige spanning moeten zijn met constante amplitude en frequentie. Deze ideale situatie bestaat eigenlijk niet meer in openbare elektriciteitsnetten. Dit wordt deels veroorzaakt door belastingen die niet-sinusvormige stromen opnemen uit het net of een niet-lineaire karakteristiek hebben zoals pc’s, televisietoestellen, schakelende voedingen, spaarlampen en frequentieregelaars. De netkwaliteit zal in de toekomst alleen verder achteruitgaan vanwege het ontstaan van een Europees energienetwerk, hogere belasting van het netwerk en teruglopende investeringen. Afwijkingen van de ideale sinusvorm zijn onvermijdelijk en, binnen bepaalde grenzen, zelfs toelaatbaar.

Ontwerpers en gebruikers van technische installaties hebben een verplichting netverstoringen tot een minimum te beperken. Maar wat zijn de limieten en wie specificeert ze?

Kwaliteit vastgelegd in normenNormen, richtlijnen en regelingen zijn hulpmiddelen in discussies over “schone” voedingsnetten. In het merendeel van Europa is de EMC-regelgeving de basis voor een objectieve beoordeling van netkwaliteit. De Europese normen EN 61000-2-2, EN 61000-2-4 en EN 50160 omschrijven de spanningslimieten die hier-voor gelden in openbare en industriële elektriciteitsnetten.

De normen EN 61000-3-2 en 61000-3-12 zijn de regelingen betreffende netversto-ring veroorzaakt door aangesloten apparatuur. Eigenaars en gebruikers van installaties moeten eveneens norm EN 50178 en de aansluitvoorwaarden van het energiebedrijf meenemen in de totale analyse. De algemene aanname is hierbij dat alle aangesloten apparatuur en systemen op een elektrische energieverde-ling zonder problemen kan functioneren wanneer wordt voldaan aan de grenswaar-den van deze normen.

Hoe netverstoring ontstaatSpecialisten omschrijven de vervorming van de sinusvormige netspanning door pulserende ingangsstromen van de aangesloten belastingen als “netversto-ring” of “harmonischen”. Voor de bereke-ning wordt deze afgeleid door middel van Fourier-analyse, die wordt uitgevoerd voor frequenties tot 2,5 kHz, hetgeen overeenkomt met de 50e harmonische van de netfrequentie.

De ingangsgelijkrichters van frequentieregelaars produceren deze typische vorm van harmonische storing op het net. Waar frequentieregelaars worden aangesloten op een 50 Hz netfrequentie worden de derde harmonische (150 Hz), vijfde harmonische (250 Hz) en zevende harmonische (350 Hz) beoordeeld. Dit zijn de harmonischen waar de effecten het grootst zijn. Het totaal aan vervorming door harmonischen wordt ook wel Total Harmonic Distortion (THD) genoemd, oftewel totale harmonische vervorming.

15

16

Praktische aspecten van netverstoring door hogere harmonischen (laagfrequente verstoring)

Effecten van netverstoringHarmonischen en spanningsfluctuaties zijn twee vormen van laagfrequente geleide netverstoring. Voor beide vormen geldt dat ze er bij hun oorsprong anders uitzien dan op de plaatsen in het net waar andere belastingen zijn aangesloten.

Om die reden moeten zowel de voeding van het net, de structuur van het net als de aangesloten belastingen worden meegenomen in de beoordeling van netverstoring.De effecten van een verhoogd harmonischen niveau worden hieronder beschreven.

Onderspannings- waarschuwingen– Onjuiste spanningsmetingen vanwege

vervorming van de sinusvormige netspanning.

– Gereduceerde capaciteit van het voedend net.

Hogere verliezen– Harmonischen gaan ten koste van

het actieve vermogen, schijnbare vermogen en blindvermogen.

– Kortere levensduur van apparatuur en componenten bijvoorbeeld als gevolg van extra warmteontwikkeling afkomstig van resonanties.

– Storingen of schade aan elektrische of elektronische belastingen (bijvoor-beeld een brommend geluid in andere apparaten). In een ongunstige situatie zal apparatuur hierdoor defect raken.

– Onjuiste metingen aangezien alleen “true-RMS”-instrumenten en -metingen rekening houden met harmonischen.

Bestaan er frequentierege-laars zonder netverstoring?Elke frequentieregelaar genereert inter-ferentie via het net. De huidige norm beschrijft alleen het frequentiebereik tot 2 kHz. Om deze reden verschuiven som-mige fabrikanten de netverstoring naar het gebied boven 2 kHz, dat in de norm niet wordt omschreven. Op basis van deze verschuiving wordt dergelijke apparatuur aangeprezen als “vrij van netverstoring”. Limieten voor deze zone worden op dit moment bestudeerd.

Noot: Sterke harmonische vervorming vormt een extra belasting voor arbeidsfactor-compensatieapparatuur en condensatorbanken en kan deze zelfs beschadigen. Om deze reden moet deze apparatuur worden voorzien van smoorspoelen.

VLT® MCT 31 schat de harmonische stroom en spanningsvervorming van uw toepassing en bepaalt wanneer harmonische filtering nodig is. Daarnaast kan de software het effect van extra filterapparatuur berekenen en kan ze controleren of uw systeem aan de diverse normen voldoet.

Analyse van netverstoringOm overmatige beïnvloeding van de netkwaliteit te voorkomen kan een scala aan reductie-, preventie- of compensatiemethodes worden ingezet bij elektrische systemen of apparaten die harmonischen veroorzaken. Analysesoftware, zoals VLT® MCT 31 Harmonic Calculation software, kan al in het ontwerpstadium worden gebruikt voor systeemanalyse. Op deze manier kunnen gebruikers specifieke voorzieningen vooraf overwegen en doorrekenen en daarmee de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van het systeem waarborgen.

Opmerking: Danfoss heeft EMC-expertise op hoog niveau en vele jaren ervaring in dit gebied. Deze ervaring is voor onze klanten beschikbaar in de vorm van trainingen, seminars en workshops of in de dagelijkse praktijk in de vorm van gedetailleerde EMC- analyses of netberekeningen.

17

Praktische aspecten van reductie van netverstoringen

Opties voor reductie van netverstoringIn het algemeen kan de netverstoring van vermogenselektronica worden geredu-ceerd door het beperken van de hoogte van de pulserende ingangsstromen. Hierdoor verbetert de arbeidsfactor λ (lambda). Om overmatige beïnvloeding van de netkwaliteit te voorkomen kan een scala aan reductie-, preventie- of compen-satiemethodes worden ingezet bij elektrische systemen of apparaten die harmonischen veroorzaken.

– Smoorspoelen in de ingang of in de DC-tussenkring van frequentieregelaars

– “Slim” DC-tussenkring met ondergedi-mensioneerde condensatoren

– Gelijkrichters met 12, 18 of 24 puls gelijkrichting

– Passieve filters– Actieve filters– “Active front end” en VLT® “low

harmonic drives”

Smoorspoelen in de ingang of in de DC-tussenkringEenvoudige smoorspoelen (ook wel chokes genoemd) leveren een effectieve bijdrage aan de reductie van de harmoni-schen die gelijkrichters veroorzaken in het voedend net. Leveranciers van frequentie-regelaars bieden smoorspoelen vaak aan als optionele onderdelen voor fabrieks- levering of installatie achteraf.

Smoorspoelen kunnen vóór de gelijkrichter van de frequentieregelaar worden geplaatst (in de voeding) of in de DC-tussenkring na de gelijkrichter. De inductie van de spoelen zal in beide locaties hetzelfde effect hebben en de demping van netverstoring is niet afhankelijk van de plaatsing voor of na de gelijkrichter.

Beide opties hebben voor- en nadelen. Ingangssmoorspoelen zijn duurder, groter en hebben grotere verliezen dan DC-smoorspoelen. Het voordeel is dat ze de gelijkrichter eveneens beschermen tegen transiënte spanningen uit het net. DC-smoorspoelen worden in de DC-tus-senkring geplaatst en zijn effectiever maar kunnen normaliter niet achteraf

gemonteerd worden. Met deze smoor-spoelen kan de totale harmonische vervorming van een B6 gelijkrichter worden gereduceerd van een THDi van 80% zonder smoorspoelen naar ongeveer 40%. Uit de praktijk is gebleken dat smoorspoelen met een Uk van 4% nog effectief zijn in frequentieregelaars. Verdere reductie is alleen mogelijk met speciale filters.

Gelijkrichter met 12, 18 of 24 puls gelijkrichtingGelijkrichters met een groter aantal stroompulsen per periode (12, 18 of 24) veroorzaken minder harmonischen. In het verleden zijn deze uitvoeringen met name toegepast in hoge vermogens.

Deze gelijkrichters moeten echter gevoed worden uit speciale transformatoren met meerdere secundaire windingen die onderling in fase zijn verschoven. Behalve de complexiteit en afmetingen van deze speciale transformatoren heeft deze aanpak als nadeel dat er sprake is van hogere investeringskosten voor zowel transformator als frequentieregelaar.

Passieve filtersIn situaties met strikte eisen op het gebied van harmonischen kunnen als alternatief passieve filters worden ingezet. Deze bestaan uit passieve componenten, zoals spoelen en condensatoren.

Specifieke LC-kringen die zijn afgestemd op individuele harmonischen worden parallel aan de belasting geplaatst en brengen de totale harmonische vervor-ming (THD) aan de voeding terug tot 10%

of 5%. Passieve filters kunnen worden toegepast in combinatie met individuele frequentieregelaars of groepen met meerdere frequentieregelaars. Om optimale resultaten te halen met een harmonisch filter moet het afgestemd worden op de werkelijke ingangsstroom van de frequentieregelaar.

In het ontwerp van de totale energieverdeling worden passieve harmonische filters vóór een frequentieregelaar of groep frequentieregelaars geplaatst.

Voordelen van passieve filtersDeze filtercategorie biedt een goede prijs/prestatieverhouding. Tegen relatief lage kosten kan de gebruiker een reductie van de harmonischen bereiken die vergelijk-baar is met 12- of 18-puls gelijkrichters. De totale harmonische vervorming (THD) kan worden teruggebracht tot 5%.

Passieve filters veroorzaken geen verstoringen in het frequentiegebied boven 2 kHz. Aangezien ze volledig zijn opgebouwd uit passieve componenten is er geen slijtage en zijn ze ongevoelig voor elektrische verstoringen en mechanische belastingen.

Nadelen van passieve filtersVanwege hun ontwerp zijn passieve filters relatief groot en zwaar. Dit soort filters is bijzonder effectief in het belastings-gebied van 80–100%. Het capacitieve blindvermogen neemt echter toe bij afnemende belasting en het is aan te bevelen de filtercondensatoren af te schakelen bij nullastbedrijf.

Opmerking: Danfoss VLT-frequentieregelaars zijn standaard voorzien van DC-smoorspoelen in de tussenkring. De netverstoring wordt gereduceerd naar een THDi van 40%.

18

Actieve filtersBij nog striktere eisen op het gebied van netverstoring kunnen actieve elektroni-sche filters worden toegepast. Actieve filters zijn elektronische absorptieschake-lingen die parallel worden geschakeld aan de veroorzakers van harmonischen. Ze analyseren de harmonische stromen die worden veroorzaakt door niet-lineaire belasting. Actieve filters leveren stromen die de gemeten harmonische stromen compenseren en desgewenst volledig neutraliseren.Het niveau van compensatie is instelbaar. Hierdoor kunnen harmonischen volledig worden gecompenseerd of, bijvoorbeeld om economische redenen, worden gereduceerd tot een niveau dat binnen de normen ligt. Actieve filters werken met schakelfrequenties en kunnen netverstoring veroorzaken in het bereik van 4–18 kHz, tenzij de juiste voorzorgen zijn getroffen in het filterontwerp.

Voordelen van actieve filtersGebruikers kunnen actieve filters op elke gewenste locatie in het voedend net inpassen, afhankelijk van de vraag of de harmonische stromen van één enkele aan-drijving, een groep aandrijvingen of zelfs van een volledige laagspanningsverdeling geneutraliseerd moeten worden. Het is in een dergelijk geval niet meer nodig om de afzonderlijke frequentieregelaars van filters te voorzien. De totale harmonische vervorming daalt naar een THDi level ≤ 4%.

Nadelen van actieve filtersDe relatief hoge investering is een nadeel van actieve filters. Daarnaast zijn deze filters niet effectief boven de 25e harmo-nische. De effecten die het filter genereert boven 2 kHz zijn een consequentie van de toepassing van actieve filters. Zonder de juiste voorzieningen zorgen deze effecten voor een andere vorm van ongewenste netverstoring.


Stroom- en vervormingsspectrum bij vollast

Standaard zonder filter Met AHF 010

Met AHF 010

Met AHF 005

Met AHF 005

Advanced Harmonic Filters (AHF) reduceren de totale harmonische stroomvervorming(THDi) tot 5% of 10% bij 100% belasting.

Zonder filter

M3-

M3-

M3-

M3-

M3-

Voeding

Centrale compensatie

Groeps-compensatie

Individuele compensatie

Actieve filters kunnen op elk gewenst punt in het voedend net worden geïnstalleerd, afhankelijk van de vraag of ze de harmonische stromen van één enkele aandrijving, een groep aandrijvingen of zelfs van een volledig netsysteem moeten neutraliseren.

19

“Slim” DC linkIn de afgelopen jaren zijn er meerdere frequentieregelaars op de markt gekomen met een “slim” DC link. In deze benadering heeft de fabrikant de capaciteit van de tussenkringcondensatoren sterk geredu-ceerd. Zelfs zonder smoorspoel wordt de 5e harmonische gereduceerd tot een THDi niveau onder de 40%.Er ontstaat een hoogfrequente netversto-ring die anders niet zou ontstaan. Vanwege de geringe capaciteit van de tussenkringcondensatoren zijn deze frequentieregelaars aanzienlijk gevoeliger voor korte netonderbrekingen en spanningsfluctuaties dan frequentierege-laars met normaal gedimensioneerde condensatoren. Het ontwikkelen van de juiste maatregelen is eveneens tijdrovend en bijzonder lastig.

Daarnaast vertonen regelaars met slanke DC-tussenkringen ook zwakke punten aan de lastzijde. Bij regelaars van dit type leiden variaties in de belasting tot aanzienlijk grotere spanningsfluctuaties. Daardoor zullen ze eerder gaan oscilleren als reactie op wisselende belastingen op de motoras. Ook het afschakelen van de belasting is lastig. Tijdens afschakeling van de last werkt de motor als generator, met hoge piekspanningen. Als reactie hierop schakelen apparaten met slanke DC- tussenkringen sneller uit dan conventio-nele apparaten, om zichzelf te bescher-men tegen vernietiging vanwege overbelasting of overspanning.Vanwege de kleinere of nulcapaciteit zijn regelaars met slanke DC-tussenkringen niet goed in staat om netuitval tijdelijk op te vangen. De uitgangsspanning wordt hierdoor ca. 10% lager dan de voedingsspanning.

Regelaars met slanke DC-tussenkringen hebben niet alleen te maken met interferentie via het net vanwege de ingangsstroom, maar vervuilen het net ook met de schakelfrequentie van de regelaar aan de motorzijde. Dit is duidelijk zichtbaar aan de netzijde, vanwege de lage of nulcapaciteit van de DC- tussenkring.

Active Front EndDe term ‘Low Harmonic Drives’ (LHD) wordt vaak gebruikt om Active Front End (AFE)-frequentieregelaars te beschrijven. Deze term is echter enigszins misleidend omdat Low Harmonic Drives betrekking kunnen hebben op veel verschillende technologieën en zowel in passieve als actieve beperking kunnen voorzien. Active Front End-regelaars zijn uitgerust met IGBT-schakelaars aan de ingangscircuits van de regelaar; deze vervangen de conventionele gelijkrichters. Deze schakelingen gebruiken snelschakelende

Regelaars met slanke DC-tussenkringen genereren hogere harmonischenniveaus in de hogere frequentiebereiken.

Conventionele DC-tussenkring “Slim” DC link

halfgeleiders om zodoende een nagenoeg sinusvormige ingangsstroom te realiseren. Deze schakelingen zijn bijzonder effectief in het dempen van laagfrequente netverstoringen. Evenals frequentieregelaars met “slim” DC-tussenkring, veroorzaken ze netverstoringen in de hogere frequentiebereiken.

Een “active front end” is de meest kostbare benadering voor de reductie van netverstoring aangezien de gelijkrichter is vervangen door een extra, volledig geoutilleerde frequentieregelaar die in staat is om vermogen terug te leveren aan het voedend net.Een low harmonic drive biedt deze functionaliteit niet en is om die reden minder kostbaar.

– “Slim” DC link

20

Voordelen van AFE en LHD De totale harmonische vervorming daalt naar een THDi niveau van 4% of lager in het gebied van de 3e tot de 50e harmonische. Vierkwadrantenbedrijf is mogelijk met AFE-frequentieregelaars wat betekent dat het remvermogen teruggeleverd kan worden aan het voedend net.

Nadelen van AFE De technische complexiteit van dergelijke systemen is relatief groot, wat leidt tot hogere investeringskosten. In principe bestaat een frequentieregelaar met AFE (Active Front End) uit twee frequentieregelaars, de ene levert vermogen aan de motor en de tweede levert vermogen aan het voedend net. Vanwege de grotere complexiteit is het rendement van de frequentieregelaar ook in motorbedrijf lager. Het vermogensverlies van een AFE kan 40 tot 50% hoger zijn dan van gewone frequentieregelaars met een ongeregelde gelijkrichter (diodebrug).


Kosten

Harmonische prestaties

Actief lter

Passief lter 5%

Passief lter 10%

AC + DCSpoelen

12-pulsDC

Spoelen

GeenSpoelen

AFE

18-puls

24-puls

Een AFE heeft altijd een hogere DC-tussenkringspanning nodig om goed te functioneren. In veel gevallen wordt deze hogere spanning doorgegeven aan de motor, wat leidt tot een hogere belasting op de motorisolatie. Wanneer de DC-tussenkringen van de AFE-apparaten niet van elkaar worden gescheiden, zal uitval van het filter leiden tot uitval van het volledige apparaat. Een ander nadeel is de schakelfrequentie die wordt gebruikt bij het corrigeren van ingangsstroom. Deze schakelfrequentie ligt in het bereik van 3 tot 6 kHz. Relatief complexe filters zijn nodig om deze schakelfrequentie uit te filteren voordat harmonischen compensatie naar het voedend net kan plaatsvinden. De huidige normen hebben echter geen emissielimieten voor dit frequentiebereik. Veel netanalysers verzamelen geen data over dit frequentiebereik en maken het complex de effecten te meten of in te schatten.

De effecten zijn echter wel zichtbaar in alle aangesloten apparatuur op deze voeding in de vorm van bijvoorbeeld verhoogde ingangsstroom bij voedingen. De effecten zullen met name op langere termijn zichtbaar worden. Het is daarom raadzaam voor gebruikers om aan fabrikanten specifiek te vragen welke voorzorgen zijn genomen om emissie te beperken teneinde de operationele betrouwbaarheid van de andere reeds aanwezige systemen te waarborgen.

Noot: De normen bepalen niet dat een seriematig geproduceerd apparaat moet voldoen aan de limieten in EN 61000-3-12. Het is zonder meer mogelijk dat een frequentieregelaar alleen aan deze limieten kan voldoen met een extra filter.

Overzicht van maatregelen voor beperking van harmonischen. Harmonischenprestaties

21

Praktische aspecten van hoogfrequente verstoringen (RFI)

Classificatie van de nieuwe categorieën C1 t/m C4 van de productnorm EN 61800-3.

Nog geldig Productnorm zoals verplicht sinds 2007

EN 55011Elementaire milieunorm

Klasse B(woonomgeving)

1e omgeving(woonomgeving)

2e omgeving(industriële omgeving)

Klasse A(industriële omgeving)

EN 61800-3(herziene norm)

Groep 1+2

Groep 1(HF intern)

Groep 2(HF extern)

Categorie C2

Categorie C1

Categorie C3

Categorie C4

Vergelijking van de nieuwe categorieën C1 t/m C4 zoals gedefinieerd door de productnorm EN 61800-3 en klassen A en B van de omgevingsnorm EN 55011.

Vergelijking van verstoringsniveaus

Radiofrequente interferentieFrequentieregelaars gebruiken blokvor-mige spanningspulsen met variërende breedte voor de opwekking van een draaiveld met variabele frequentie. De steile flanken die hierbij ontstaan bevatten hoogfrequente componenten. Motorkabels en frequentieregelaars stralen deze stoorcomponenten uit en geleiden ze terug naar het voedend net via de bekabeling.

De filters moeten deze verstoringen terugdringen tot het niveau dat in de normen is omschreven en zouden zoveel mogelijk als standaardvoorziening moeten worden gebruikt in apparatuur. Evenals bij smoorspoelen moet bij RFI-filters de kwaliteit van het filter duidelijk worden gedefinieerd.

Specifieke limieten voor storingsniveaus zijn omschreven in productnorm EN 61800-3 en generieke norm EN 55011.

Normen en richtlijnen definiëren de limietenTwee normen moeten gebruikt worden voor de uitgebreide beoordeling van RFI. De eerste is norm EN 55011 die de limieten omschrijft op basis van de omgeving: ofwel industrieel (klasse A1 en A2) of huishoudelijk (klasse B). Aanvullend definieert de productnorm voor electrical drive systems, EN-61800-3, die in juni 2007 van kracht werd, nieuwe categorieën (C1 tot C4) op basis van toepassingsgebieden.

Alhoewel deze categorieën qua limieten vergelijkbaar zijn met de vorige klassen staan ze binnen het werkingsgebied van de norm een breder gebruiksgebied toe.

Fabrikanten gebruiken RFI filters om deze radiofrequente interferentie uit te filteren.

De filters beschermen het apparaat tegen hoogfrequente geleide verstoringen vanuit het net (betere immuniteit) en verlagen de hoeveelheid hoogfrequente verstoring die een apparaat uitzendt naar het net of uitstraalt vanaf de voedende kabel (minder emissie).

Noot: Exploitanten van installaties moeten voldoen aan EN 55011 in geval van problemen. Fabrikanten van frequentiere-gelaars moeten voldoen aan EN 61800-3.

Productnorm EN 61800-3 (2005-07) voor electrical drive systems

Classificatie per categorie C1 C2 C3 C4

Omgeving 1st Environment1st or 2nd

Environment (beslissing door

gebruiker)2nd Environment 2nd Environment

Spanning/stroom < 1000 V> 1000 V

In > 400 AAangesloten op

IT-netwerk

EMC-expertise Geen verplichting Installatie en inbedrijfstelling door een EMC-expert

EMC-plan verplicht

Limieten volgens EN 55011 Klasse B

Klasse A1(plus waarschuwings-

aanduiding)

Klasse A2 (plus waarschuwings-

aanduiding)

Waarden overschrijden

Klasse A2

22

Praktische aspecten van 1st en 2nd environment

De opstellingsplaats is bepalendDe limieten van iedere omgeving zijn gespecificeerd in de normen maar de vraag is vervolgens hoe vast te stellen welke omgeving van toepassing is. Normen EN 55011 en EN 61800-3 geven de informatie voor elektrische aandrijfsystemen en componenten.

1st Environment / Klasse B:Huishoudelijke omgevingAlle locaties die rechtstreeks zijn verbon-den met een openbaar laagspanningsnet, inclusief lichte industrie, worden geclassifi-ceerd als huishoudelijke omgeving. Deze aanduiding kan dus ook bedrijven en

commerciële faciliteiten omvatten. Deze categorie heeft in ieder geval geen eigen hoogspannings- of middenspanningstrans-formator voor een eigen energieverdeling.De omgevingsclassificaties gelden zowel binnen als buiten gebouwen. Voorbeelden zijn industriegebieden, woonhuizen en appartementencomplexen, restaurants, parkeergarages, pretparken, sportcom-plexen en sporthallen.

2nd Environment / Klasse A: Industriële omgevingDe industriële omgeving omvat locaties en faciliteiten die niet direct met een openbaar laagspanningsnet verbonden zijn, maar zijn aangesloten via een eigen

Spanningslimieten voor interferentie door geleiding overeenkomstig EN 55011

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

Frequentie [MHz]

Emis

sies

pan

nin

g in

dB

(gem

idd

eld

e μ

V)

Klasse A-2

Klasse A-1

Klasse B-1

Klasse A-2 (< 100 A)

Klasse A-1

Klasse B-1

hoogspannings- of middenspannings- distributietransformator. Vaak hebben deze locaties specifieke kenmerken op het gebied van elektromagnetische omstandigheden:

• aanwezigheid van wetenschappelijke, medische of industriële apparatuur.

• schakelen van grote inductieve en capacitieve belastingen.

• aanwezigheid van sterke magnetische velden (bijvoorbeeld vanwege hoge stromen).

De omgevingsclassificaties gelden zowel binnen als buiten de gebouwen.

Speciale omgevingen In dit geval mogen de gebruikers besluiten welke classificatie wordt toegekend aan de installatie. Dit veron-derstelt dat het desbetreffende gebied een middenspanningstransformator heeft en duidelijk afgescheiden is van andere gebieden. In een dergelijk gebied is de gebruiker persoonlijk verantwoorde-lijk voor de elektromagnetische compati-biliteit die nodig is voor storingsvrij gebruik van de aanwezige apparatuur. Voorbeelden van speciale omgevingen zijn grote winkelcentra en supermarkten, grote tankstations, kantoorgebouwen, uitgebreide magazijnen en distributie-centra.

Geen concessiesWanneer een frequentieregelaar wordt gebruikt die niet voldoet aan categorie C1 moet het apparaat worden voorzien van een waarschuwingsaanduiding. Dit is de verantwoordelijkheid van de gebruiker.In geval van EMC-verstoringen gaan de experts uit van het reduceren van de verstoringen naar het niveau van de limieten die gelden voor klassen A1/A2 en B volgens de generieke norm EN 55011, uitgaande van de omgeving waar de apparatuur wordt gebruikt. De kosten van het oplossen van EMC-problemen zijn voor rekening van de gebruiker. De gebruiker is eindverantwoordelijk voor de correcte classificering van de apparatuur in samenhang met de twee bovenge-noemde normen.

Classificatie van de omgeving in 1st en 2nd environment en speciale omgeving waar de gebruiker een keuze heeft.

1. UMGEBUNG

T

2nd Environment

1st Environment

SupermarketSupermarket

Industrial Production

BusinessBusiness

BusinessBusiness

T

T

T

FFFFII

OO

CCEE

Appartments

AAPPPPAARR

TTMM

EENN

TTSS

Transiënten

t

U

23

Blikseminslag is de meest voorkomende vorm van nettransiënten in drinkwater- en afvalwaterinstallaties.

Praktische aspecten van netbeveiligingen

Arbeidsfactor (cos φ) compensatieApparatuur voor correctie van cosφ of arbeidsfactor verkleint de faseverschui-ving (φ) tussen spanning en stroom en verschuift de arbeidsfactor (cos φ) dichter naar 1. Dit is nodig wanneer een groot aantal inductieve belastingen, zoals motoren of voorschakelapparaten voor lampen, worden gebruikt in een elektrisch distributiesysteem.Afhankelijk van het ontwerp van de DC-tussenkring nemen frequentierege-laars geen blindvermogen op en veroor-zaken ze geen faseverschuiving. Ze hebben een cos φ van ongeveer 1. Om deze reden hoeven gebruikers van toerengeregelde motoren deze gebrui-kers niet mee te nemen in de dimensione-ring van eventuele arbeidsfactorcompen-satieapparatuur. De stroom die wordt opgenomen door fasecorrectieapparatuur zal echter toenemen aangezien frequen-tieregelaars harmonischen genereren. De belasting van de condensatoren neemt toe en ze zullen meer opwarmen omdat het aantal bronnen van harmonischen is toegenomen. Om deze reden zijn smoorspoelen nodig in arbeidsfactorcom-pensatiesystemen. Deze smoorspoelen voorkomen eveneens resonanties tussen inductieve belastingen en capacitieve arbeidsfactorapparatuur.

Frequentieregelaars met cos φ < 1 leiden eveneens tot smoorspoelen in de arbeids-factorcompensatieapparatuur. De

gebruiker moet bij het dimensioneren van de kabels rekening houden met het hoge blindvermogen.

NettransiëntenTransiënten zijn korte spanningspieken in het bereik van enkele duizenden volt. Ze kunnen in alle soorten energieverdelin-gen optreden, zowel in industriële als huishoudelijke omgevingen. Blikseminslagen zijn een veelvoorko-mende oorzaak van transiënten. Ze ontstaan echter ook door inschakeling of uitschakeling van grote belastingen of het schakelen van andere apparatuur, zoals arbeidsfactorcompensatieapparatuur. Kortsluiting, trippen van circuitbreakers in energieverdelingen en inductieve koppeling tussen parallelle kabels kan ook transiënten veroorzaken.

Norm EN 61000-4-1 omschrijft de vorm en energie-inhoud van deze transiënten. Hun schadelijke effecten kunnen op diverse manieren worden beperkt. Gasgevulde overspanningsbeveiliging of een vonk-brug wordt als eerstelijnsbescherming gezien tegen hoog energetische transiën-ten. Als tweedelijnsbescherming zijn de meeste elektronische apparaten voorzien van spanningsafhankelijke weerstanden (varistors) voor de afzwakking van transiënten. Frequentieregelaars maken ook gebruik van deze methode.

24

Praktische aspecten van bedrijf met een transformator of stand-bygenerator

In laagspanningssystemen (400 V, 500 V en 690 V) kunnen frequentieregelaars worden toegepast met een vermogen dat kan oplopen tot circa 1 MW. De transformator zet de aangeboden spanning van het middenspanningsnet om naar de juiste spanning voor de gebruikers. In een openbaar net (1st environment: huishoudelijke omgeving) is dit de verantwoordelijkheid van het energiebedrijf.

In industriële voedingen (2nd environ-ment: industriële omgeving, vaak 500 V of 690 V), is de transformator geplaatst op het terrein van de eindgebruiker en is deze ook verantwoordelijk voor de energieverdeling naar de gebruikers op het terrein.

TransformatorbelastingIn de situatie waar transformatoren de voeding verzorgen van frequentierege-laars moet meegenomen worden dat frequentieregelaars en andere gelijkrich-terbelastingen hogere harmonischen genereren die een extra belasting betekenen voor de transformator.

Dit veroorzaakt grotere verliezen en extra opwarming. In ongunstige situaties kan dit schade aan de transformator veroorzaken. Vectorcombinaties van verschillende transformatoren die onderling verbonden zijn kunnen ook harmonischen veroorzaken.

Opmerking: Alle frequentieregelaars van de VLT® AQUA Drive series zijn standaard voorzien van ingebouwde netsmoorspoelen.

NetkwaliteitOm de netkwaliteit te handhaven in overeenstemming met de geldende normen is het noodzakelijk om te weten hoeveel frequentieregelaarbelasting door de transformator kan worden gevoed.

Netanalysesoftware zoals VLT®MCT 31 Harmonic Calculation software geeft een exacte indicatie hoeveel frequentierege-laarbelasting een transformator kan leveren in een specifiek netsysteem.

Maximale benutting van de transformator

Stand-byvoedingen worden toegepast wanneer ononderbroken bedrijf van aangesloten apparatuur noodzakelijk is, zelfs bij een netverstoring. Ze kunnen ook ingezet worden als tijdelijke ondersteu-ning wanneer het net onvoldoende vermogen kan leveren. Parallel gebruik met het openbare net is ook mogelijk om het netvermogen permanent te vergroten en wordt algemeen toegepast in de gecombineerde opwekking van warmte en elektriciteit in warmtekrachtkoppelin-gen. Daarbij wordt geprofiteerd van het hoge rendement dat met deze vorm van energieomzetting wordt behaald.Wanneer een generator de stand-byvoe-ding verzorgt is de netimpedantie vaak hoger dan in een regulier openbaar net. Hierdoor neemt de totale harmonische vervorming toe. Toepassing van genera-tors in combinatie met bronnen van harmonischen is mogelijk, mits de installatie correct is gedimensioneerd.

Praktisch betekent dit ook dat de belasting als gevolg van harmonischen gewoonlijk toeneemt wanneer wordt overgeschakeld van netvoeding naar generatorvoeding.

Ontwerpers en gebruikers zouden de toename in harmonische belasting moeten berekenen of meten om zeker te stellen dat de netkwaliteit voldoet aan de regelgeving zodat problemen en defecten worden voorkomen.

Asymmetrische belasting van een gene-rator moet worden voorkomen aangezien dit leidt tot extra verliezen en de harmoni-sche vervorming laat toenemen.Een 5/6 staffeling van de generatorwik-kelingen verzwakt de vijfde en zevende harmonische maar laat de derde har-monische toenemen. Een 2/3 staffeling reduceert de derde harmonische.Waar mogelijk zou arbeidsfactorcompen-satie moeten worden afgeschakeld om resonanties in het net te voorkomen.

Smoorspoelen en actieve filters kunnen harmonischen dempen. Resistieve (ohm-se) belastingen die parallel zijn gescha-keld hebben eveneens een dempend effect op harmonischen terwijl parallel geschakelde capacitieve belastingen een extra belasting kunnen veroorzaken door onvoorspelbare resonantie-effecten.

Wanneer deze factoren worden meegeno-men kan de belasting van een generator voor een deel uit frequentieregelaars bestaan zonder problemen met de netkwaliteit. Een meer uitgebreide analyse is mogelijk met netanalysesoftware, zoals VLT® MCT 31 Harmonic Calculation software.

Bovenstaande maximale belastingwaarden zijn aanbevolen richtwaarden, gebaseerd op praktijkervaring, die storingsvrij bedrijf van de installatie mogelijk maken.

Bij toepassing van bronnen van harmonischen gelden de volgende limieten: B2 en B6 gelijkrichter max. 20% van nominaal generatorvermogen B6 gelijkrichter met smoorspoel max. 20–35% van nominaal generator-

vermogen afhankelijk van samenstelling Gestuurde B6 gelijkrichter max. 10% van nominaal generatorvermogen


25

Stap 2: Praktische aspecten van omgevingsomstandigheden

Frequentieregelaars kunnen centraal worden geïnstalleerd (in een schakelkast) of lokaal (in de nabijheid van de elektromotor). Beide varianten hebben voor- en nadelen.

Maximale beschikbaarheid en een lange levensduur van frequentieregelaars is alleen mogelijk met voldoende koeling met schone lucht.

Om die reden hebben de keuze van de montageplaats en installatiecondities een beslissend effect op de levensduur van de apparatuur.

Kastmontage versus wandmontageEr is geen kant-en-klaar advies voor de vraag of een frequentieregelaar in een schakelkast of op een wand zou moeten worden geïnstalleerd. Beide varianten hebben voor- en nadelen.

Kastmontage heeft het voordeel dat alle elektrische en elektronische componen-ten dicht bij elkaar zijn geplaatst en door een behuizing worden beschermd (de schakelkast).

Een schakelkast kan vooraf worden geassembleerd en als één unit worden aangeleverd voor installatie ter plaatse.

Een mogelijk nadeel is de onderlinge beïnvloeding van componenten vanwege de korte montageafstanden in de schakelkast. Dit betekent dat buitenge-wone aandacht nodig is voor een

EMC-deugdelijke kastindeling. Daarnaast zullen de investeringskosten voor (afgeschermde) motorkabels hoger zijn doordat frequentieregelaar en motor verder van elkaar verwijderd zijn dan bij lokale montage van de frequentieregelaar.

Wandmontage is eenvoudiger vanuit EMC-oogpunt aangezien frequentieregelaar en motor dichter bij elkaar zijn geplaatst.

Om die reden zullen de afgeschermde motorkabels korter en minder kostbaar zijn. De geringe meerkosten van een IP54-behuizing worden gecompenseerd door gereduceerde kosten voor bekabe-ling en installatie. In de praktijk wordt circa 70% van de frequentieregelaars in een schakelkast gebouwd.

De juiste montageplaats

Opmerking:Danfoss-frequentieregelaars zijn beschikbaar in drie afschermingsklassen:– IP00 of IP20 voor kastmontage– IP54 of IP55 voor lokale montage;– IP 66 voor kritische omgevingscondities,

zoals een extreem hoge (lucht)vochtig-heid of hoge concentraties stof of agressieve gassen.

26

Praktische aspecten van de IP-klasse

Aanraakveilige frequentieregelaars met afschermingsklasse IP20 of IP21 (rechts) zijn

bestemd voor kastmontage. Spatwater- bestendige frequentieregelaars met IP54- of

IP55-afscherming (links) zijn ontworpen voor wand- of framemontage.

Tegen binnendringing van vaste vreemde voorwerpen Tegen toegang tot gevaarlijke delen door

Eerstecijfer

0 (geen bescherming) (geen bescherming)1 ≥ 50 mm diameter Rug van hand2 Diameter van 12,5 mm Vinger3 Diameter van 2,5 mm Gereedschap4 ≥ 1,0 mm diameter Draad5 Beschermd tegen stof Draad6 Stofdicht Draad

Tegen binnendringing van water met schadelijke gevolgen

Tweedecijfer

0 (geen bescherming)1 Verticaal druppelend water2 Druppelend water onder een hoek van 15°3 Sproeiend water4 Opspattend water5 Waterstralen6 Krachtige waterstralen7 Korte onderdompeling8 Langdurige onderdompeling

Aanvullende informatie speciaal voor

Eerstecijfer

A Rug van handB VingerC GereedschapD Draad

Aanvullende informatie speciaal voor

Extraletter

H HoogspanningsapparaatM Apparaat beweegt tijdens watertestS Apparaat stationair tijdens watertestW Weersomstandigheden

Ontbrekende letters worden vervangen door “x”.

IP-classificatie volgens IEC 60529

27

Praktische aspecten van het ontwerp van koeling

Voldoen aan de gespecificeerde omgevingstemperatuur Externe klimatologische omstandigheden en omgevingsomstandigheden hebben een duidelijk effect op de koeling van alle elektrische en elektronische componen-ten in een schakelruimte of besturings-kast.

Voor alle frequentieregelaars zijn een minimale en maximale omgevingstempe-ratuur gespecificeerd. Deze limieten worden gewoonlijk bepaald door de gebruikte elektronische componenten. De omgevingstemperatuur van de elektrolyti-sche condensatoren in de gelijkspannings-tussenkring moet bijvoorbeeld binnen bepaalde grenzen blijven vanwege de temperatuursafhankelijkheid van hun capaciteit. Hoewel frequentieregelaars kunnen functioneren bij temperaturen tot -10 °C, garanderen fabrikanten correct bedrijf bij nominale belasting voor temperaturen van 0 °C of hoger. Dit betekent dat gebruik in vorstgevoelige of ongeïsoleerde ruimtes vermeden moet worden.

De maximumtemperatuur moet niet worden overschreden. Elektronische componenten zijn gevoelig voor warmte.

Volgens de Arrhenius-vergelijking zal de levensduur van een elektronisch component met 50% verminderen voor iedere 10 °C boven de ontwerptemperatuur. Dit geldt niet alleen voor apparatuur die in schakelkasten wordt gemonteerd. Ook de uitvoeringen met IP54-, IP55- of IP66-behuizing kunnen alleen worden gebruikt met de omgevingstemperaturen die in de specificaties worden aangegeven. Dit kan koeling van schakelruimte of schakelkasten noodzakelijk maken. Het vermijden van extreme omgevingstemperaturen verlengt de levensduur van de frequentieregelaars en daarmee de betrouwbaarheid van het gehele systeem.

KoelingFrequentieregelaars dissiperen vermogen in de vorm van warmte. Het gedissipeerde vermogen in watt wordt vermeld in de technische

gegevens van de frequentieregelaar. Gebruikers moeten de juiste voorzorgen treffen om de ontstane warmte uit de schakelkast te verwijderen, bijvoorbeeld door montage van afzonderlijke schakelkastventilatoren. De benodigde luchtstroom voor adequate koeling wordt vermeld in de leveranciersdocumentatie. Frequentieregelaars moeten zodanig worden gemonteerd dat de koellucht ongehinderd door het koellichaam kan stromen.

Met name bij IP20-uitvoeringen in schakelkasten is er een risico van onvoldoende luchtcirculatie vanwege de geringe afstanden tussen verschillende componenten die in de schakelkast zijn gemonteerd. Hierdoor ontstaan makkelijk hotspots waar warme lucht zich verzamelt. De handleidingen vermelden de benodigde montageafstanden die altijd gerespecteerd dienen te worden.

Relatieve vochtigheidHoewel sommige frequentieregelaars bij relatief hoge luchtvochtigheid nog kunnen functioneren (Danfoss-regelaars tot 95% relatieve vochtigheid), moet condensatie altijd worden vermeden. Er is een specifiek risico op condensatie wanneer componenten van de frequentieregelaar kouder zijn

dan de omringende, vochtige lucht. In deze situatie zal het vocht in de lucht condenseren op de elektronische componenten.

Wanneer de apparatuur in die situatie wordt ingeschakeld kunnen de neergeslagen waterdruppels kortsluiting veroorzaken. Dit gebeurt normaliter alleen in frequentieregelaars die volledig zijn afgeschakeld van de voeding. Om deze reden is het verstandig om kastverwarming te installeren in situaties waar een reëel gevaar bestaat op condensatie als gevolg van omgevingsomstandigheden. Als alternatief kan het verstandig zijn om de frequentieregelaar in “stand-by” te zetten, waarbij de frequentieregelaar continu onder spanning blijft staan en zodoende het risico van condensatie wordt beperkt. Het is verstandig na te gaan of de warmteafgifte voldoende is om de elektronica in de frequentieregelaar op deze manier vrij van condensatie te houden.

Noot: Sommige fabrikanten vermelden minimummontageafstanden voor zowel de zijkanten als de boven- en onderzijde van de frequentieregelaars. Let op deze afstanden.

Het intelligente ontwerp van de koeling van de VLT®-frequentie-

regelaars verwijdert tot 85% van de warmteafgifte uit de

behuizing via koelluchtkanalen.

28

Agressieve gassen, zoals waterstofsulfide, chloor of ammoniak komen regelmatig voor in afvalwaterzuiveringsinstallaties of bij zwembaden. Verontreinigde koellucht kan leiden tot geleidelijke aantasting van de elektroni-sche componenten en printsporen op elektronica printen. Elektronische apparaten in elektrische systemen of schakelkasten zijn extra gevoelig. Als genoemde verontreinigingen aanwezig zijn moet de gebruiker de frequentie-regelaar ofwel installeren in een locatie waar de mogelijkheid van vervuiling op betrouwbare wijze kan worden uitgesloten (zoals een ander gebouw of een gesloten schakelkast met warmte- wisselaar), ofwel uitvoeringen bestellen

Classificatie volgens IEC 60721-3-3; de gemiddelde waarden zijn verwachte langetermijnwaarden. Maximumwaarden zijn piekwaarden die niet langer duren dan 30 minuten per dag.

waarvan de elektronische circuits zijn gecoat met een speciale beschermende vernis die bestand is tegen agressieve gassen.

Een duidelijke aanwijzing voor een agressieve omgeving is de corrosie van aanwezige koperen onderdelen, zoals rails of aansluitingen in laagspanningsverde-lingen. Als het koper snel zwart wordt, blaren vormt of zelfs wordt aangetast moeten gelakte printkaarten en gecoate apparaten worden gebruikt. De besten-digheid van de coating voor bepaalde stoffen en concentraties wordt omschreven in de internationale norm IEC 60721-3-3.

Agressieve omgeving of gassenNoot: In de ontwerpfase is het belangrijk na te gaan waar de koellucht voor de elektronica vandaan komt.In een afvalwaterzuiveringsinstallatie moet de koellucht niet worden aangezogen uit de zone waar het verontreinigd water de zuivering binnenkomt. Bij een zwembad moet geen koellucht worden aangezogen uit de waterbehandelingsruimte.

Opmerking: VLT® AQUA Drive units zijn standaard voorzien van klasse 3C2-coating. Een klasse 3C3-coating is op aanvraag leverbaar.

Praktische aspecten van speciale eisen

Omgevingsparameters

Eenheid Klasse

3C1 3C2 3C3

Gemiddelde waarde Max. waarde Gemiddelde waarde Max. waarde

Zeezout mg/m3 Nee Zoute nevel Zoute nevel

Zwaveloxiden mg/m3 0,1 0,3 1,0 5,0 10

Waterstofsulfide mg/m3 0,01 0,1 0,5 3,0 10

Chloor mg/m3 0,01 0,1 0,03 0,3 1,0

Waterstofchloride mg/m3 0,01 0,1 0,5 1,0 5,0

Waterstoffluoride mg/m3 0,003 0,01 0,03 0,1 3,0

Ammoniak mg/m3 0,3 1,0 3,0 10 35

Ozon mg/m3 0,01 0,05 0,1 0,1 0,3

Stikstof mg/m3 0,1 0,5 1,0 3,0 9,0

29

Installatie van frequentieregelaars in ruimtes met hoge stofconcentraties is vaak niet te vermijden. Dit stof slaat overal neer en kan nog door de kleinste kieren binnendringen. Dit komt niet alleen voor bij lokaal geplaatste frequentieregelaars voor wand- of framemontage met IP55- of IP66-behuizing maar ook bij de schakelkastuitvoeringen met IP21- of IP20-behuizing.De drie factoren die hieronder zijn genoemd moeten worden beoordeeld wanneer frequentieregelaars in stoffige omgevingen worden toegepast.

Minder koelingStof zet zich af op de buitenzijde van de apparatuur en aan de binnenzijde op printplaten en elektronische compo-nenten. Deze afzettingen werken als isolerende lagen en belemmeren de warmteafvoer naar de omgeving. De koelingscapaciteit wordt hierdoor verminderd en de componenten zullen warmer worden. Dit leidt tot versnelde

veroudering van de elektronische compo-nenten en de levensduur van de frequen-tieregelaar wordt verkort. Dit geldt ook voor stofafzetting op het koellichaam aan de achterzijde van de frequentieregelaar.

KoelventilatorenDe koellucht voor de frequentieregelaars wordt verplaatst door koelventilatoren die normaliter aan de achterzijde van de frequentieregelaar zijn geplaatst. Stof kan binnendringen in de lagering van de ventilatormotor en vanwege het schurend effect leiden tot versnelde slijtage. De koelventilator kan op termijn uitvallen vanwege lagerschade.

StoffiltersHigh-powerfrequentieregelaars zijn uitge-voerd met koelventilatoren die de warme lucht uit het binnenste van de frequen-tieregelaar afvoeren. Om binnendringen van stof te voorkomen zijn de ventilatoren boven een bepaald vermogen voorzien van stoffilters. Bij gebruik in stoffige

omgevingen kunnen deze filters verstopt raken waardoor de koeling niet meer in staat is de frequentieregelaar afdoende te koelen.

Stofrijke omgeving

Noot: In de bovenstaande situaties verdient het aanbeveling om de frequentieregelaar tijdens het periodieke onderhoud te reinigen. Blaas het stof van koellichaam en koelventilatoren en reinig de stoffilters.

30

Motoren, die worden gevoed door frequentieregelaars, worden regelmatig toegepast in potentieel explosiegevaar-lijke gebieden. Denk hierbij aan de inlaat van een waterzuivering. Bij gebruik van frequentieregelaars in dergelijke zones voor de toerenregeling van elektromoto-ren moet aan specifieke voorwaarden worden voldaan. De basis voor deze regels is gelegd in EU Directive (Richtlijn) 94/9/EG, ook wel de ATEX Richtlijn genoemd. Deze richtlijn omschrijft de toepassing en het gebruik van apparatuur en beschermingsmethodes in potentieel explosiegevaarlijke gebieden. Deze richtlijn harmoniseert eisen en regel-geving in de EU voor het gebruik van elektrische en elektronische apparaten in potentieel explosiegevaarlijke gebieden, zoals die kunnen ontstaan door de aanwezigheid van stof of gas.

Wanneer frequentieregelaars worden toegepast voor de regeling van elektro-motoren in potentieel explosiegevaarlijke gebieden, moeten deze motoren zijn voorzien van temperatuurbewaking door middel van een PTC-opnemer. Motoren met beschermingsklasse “d” of “e” mogen worden toegepast (zie kader voor details). Deze beschermingsklassen verschillen in de wijze waarop ontsteking van een explosief gasmengsel wordt voorkomen. In de praktijk worden frequentieregelaars zelden gebruikt met “e”-motoren. Een dergelijke combinatie moet als set worden goedgekeurd door middel van een uitgebreide en kostbare typetest. Keuringsinstituut PTB in Braunschweig (Duitsland) heeft een

nieuwe goedkeuringsprocedure ontwikkeld die het gebruik van frequen-tieregelaars met “e”-motoren in de toekomst aantrekkelijker zal maken. In het nieuwe concept van PTB wordt alleen de motor getest terwijl in het certifice-ringsproces van de EC-typetest specifieke eisen worden geformuleerd voor de thermische bewaking van de motor. Dit kan bijvoorbeeld bestaan uit het verplicht gebruik van toerentalafhankelijke stroomlimitering in combinatie met de gebruikelijke PTC-thermistorbewaking. Op deze wijze wordt de gereduceerde koeling bij lage toerentallen van een toerengeregelde motor met eigenkoeling correct afgehandeld.

Bij motoren van beschermingsklasse “d” is normaliter geen afzonderlijke combina-tietest benodigd. De kabelaansluiting van een drukvaste “d”-motor is complex. Om deze reden worden bij voorkeur “de”-motoren toegepast. In het geval van een “de”-motor is de eigenlijke elektromotor uitgevoerd in beschermingsklasse “d” terwijl de klemmenkast is uitgevoerd als “e”-beschermingsklasse. De belangrijkste eis die hierbij geldt, heeft betrekking op de maximale spanning die mag voorko-men in een gebied met “e”-beschermings-klasse. Vanwege pulsbreedtemodulatie van de uitgangsspanning genereren de meeste frequentieregelaars piekspannin-gen die buiten de toegestane waarden liggen voor beschermingsklasse “e”. Toepassing van een sinusfilter is een effectieve methode om piekspanningen te dempen.

Potentieel explosiegevaarlijke gebieden

Identicatiecode keuringsinstantieCE-markering

TemperatuurklasseExplosiegroepBeveiligingsprincipeApparatuurcategorieApparatuurgroep

Bv. d: Flameproof protection

Bv. e: Increased safety

Bij een “flameproof”, oftewel “drukvaste” behuizing volgens klasse “d”, is een apparaat zodanig ontworpen dat een vonk in het beschermde gebied (zoals aan de binnenzijde van de behuizing), zich niet kan verspreiden buiten het beschermde gebied.

Bij een “increased safety” oftewel “verhoogde veiligheid” behuizing volgens klasse “e”, bestaat de bescherming eruit dat de toege-voerde elektrische energie wordt bewaakt en begrenst zodat geen vonken ontstaan.

Markering van apparatuur voor gebruik in potentieel explosiegevaarlijke gebieden volgens ATEX-productrichtlijn (94/9/EG)

Praktische aspecten van explosiegevaarlijke gebieden

Noot: Installeer een frequentierege-laar niet in een zone met potentieel explosiegevaar. Plaats de frequentie-regelaar buiten het explosiegevaarlijke gebied, al dan niet in een schakelkast. Gebruik van een sinusfilter kan een goed middel zijn voor verlaging van de flanksteilheid van de uitgangsspan-ning du/dt en de piekspanning Upeak. Door gebruik van een korte motor-kabel wordt spanningsval in de motorkabel tegengegaan.

Opmerking: Danfoss VLT® AQUA Drive-frequentieregelaars met de MCB 112-optie hebben PTB-gecertificeerde bewaking van de motorthermistor voor gebruik in potentieel explosie-gevaarlijke gebieden. Het gebruik van afgeschermde motorkabels is niet noodzakelijk wanneer VLT® - frequentieregelaars zijn voorzien van sinusfilters.

31

Verplicht minimumrendementDe indeling in rendementsklassen, oftewel efficiency-klassen, ontstond in 1998 op vrijwillige basis uit een initiatief van fabrikanten van elektromotoren en vermogenselektronica, verenigd in het “European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics (CEMEP)”.Vanaf de zomer van 2011 moeten drie-fasen asynchrone motoren in de EU voldoen aan minimum-rendementseisen volgens het MEPS (Minimum Efficiency Performance Standards). De EU verhoogt de rendementseisen stapsgewijs in de periode t/m 2017.

De basis voor deze minimum-ren-dementsklassen (Minimum Energy Performance standards (MEPS), wordt gevormd door de “IE”-klassen

Rendementsklassen IE1-IE3 zijn gedefinieerd in internationale norm IEC 60034-30. De Eff-klassen zijn gebaseerd op vrijwillige afspraken tussen de EU en CEMEP in 1998.

(International Efficiency) zoals omschre-ven in de internationaal erkende norm IEC 60034-30. De grenswaarden van deze klassen zijn deels vergelijkbaar met de “Eff”-klassen die in Europa breed worden toegepast.

IE- en Eff-klassen: grote verschillen in de detailsAlhoewel de limieten van beide normen vergelijkbaar zijn, verschillen ze in de methodes waarmee het rendement wordt vastgesteld. Het rendement volgens de Eff-klassen wordt vastgesteld door bepaling van de individuele verliezen (IEC 60034-2:1996), een methode die in de basis 100 jaar oud is. Het rendement volgens de IE-klassen wordt met een nauwkeuriger methode vastgesteld.

Driefasenmotoren waarvoor MEPS verplicht isDe volgende typen driefasenmotoren moeten voldoen aan de eisen van MEPS:– Belastingscyclus S1 (continubedrijf )

of S3 (intervalbedrijf ) met een belas-tingscyclus groter dan 80%.

– De eisen gelden voor motoren met 2 t/m 6 polen met een nominaal vermogen van 0,75 tot 375 kW

– en een nominale spanning tot 1000 V.

Invoering van de MEPS is bedoeld om energieverbruik te reduceren. In sommige gevallen kan de nieuwe benadering echter leiden tot een hoger energieverbruik. Om deze reden omschrijft EU verordening 640/2009 technisch geaccepteerde uitzonderingen voor verschillende toepassingen.

Stap 3: Praktische aspecten van motoren en kabels

De resultaten die zijn verkregen met de geaccepteerde methode van de IE-klassen zijn meestal 2 tot 3% slechter in vergelijking met de oude methode voor vermogens tot 10 kW en circa 1% slechter bij vermogens van 100 kW en hoger. De norm houdt rekening met deze verschillen voor de harmonisatie van de IE- en Eff-klassen.

Aanvullend op de IE1- t/m IE3-klassen, zoals gedefinieerd in de IEC 60034-30-norm, definieert de conceptversie van IEC 60034-31 een nieuwe klasse: IE4. De klassen IE1 t/m IE3 zijn primair gericht op motoren in netbedrijf, terwijl IE4 ook rekening houdt met relevante aspecten van toerengeregelde motoren. IE4 is op dit moment niet verplicht; deze wordt nu enkel gebruikt ter vergelijking met andere efficiëntieklassen.

Deze uitzonderingen omvatten:– Motoren in potentieel explosiegevaar-

lijke gebieden (zoals omschreven in Richtlijn 94/9/EG) en remmotoren.

– Speciale motoren voor gebruik in één van de volgende omstandigheden:

– omgevingstemperatuur boven 40 °C; – omgevingstemperatuur onder 15 °C

(0 °C voor luchtgekoelde motoren); bedrijfstemperatuur boven 400 °C; koelwatertemperatuur onder 5 °C of boven 25 °C;

– bedrijf op hoogten boven 1000 m; – motoren die volledig in een product

zijn geïntegreerd zoals motorreduc-toren, samenstellingen met pompen of ventilatoren of motoren die tijdens bedrijf volledig zijn omgeven door een vloeibaar medium, zoals een dompelpomp.

In Europa wordt de elektromotor van een motorreductor niet beschouwd als een integraal component en wordt daarom afzonderlijk gemeten. Eenzelfde methode wordt toegepast voor speciale motoren. De basismotor wordt gemeten en de ren-dementsklasse wordt overgedragen op de verschillende uitvoeringsvarianten.

Minimale rendementsklassen voor elektromotoren

IEC 60034-30 Eff-klasse

IE1 (Standaard Efficiency) Vergelijkbaar met Eff2

IE2 (High Efficiency) Vergelijkbaar met Eff1

IE3 (Premium Efficiency) Ongeveer 15–20% beter dan IE2

32

Praktische aspecten van motoren en kabels

Schema voor MEPS-implementatieHet tijdsschema van de EU-verordening gaat uit van een gefaseerde verhoging van de vereiste motorrendementen. Na de ingangsdatum moeten alle driefasen-motoren in het werkingsgebied van de verordening voldoen aan de rendements-eisen van de aangegeven rendements-klasse als voorwaarde om ze in Europa op de markt te mogen brengen.

0 €

500 €

1.000 €

1.500 €

2.000 €

2.500 €

3.000 €

3.500 €

4.000 €

4.500 €

0,75 kW 1,1 kW 1,5 kW 2,2 kW 3 kW 4 kW 5,5 kW 7,5 kW 11 kW 15 kW 18,5 kW

IE4 tot IE3 IE3 tot IE2 IE2 tot IE1

Besparing van energiekosten van een IE-motor vergeleken met de volgende IE-klasse

Noot: De volledige tekst van EU Verordening 640/2009 kan gratis worden gedownload van website www.eur-lex.europa.eu.

IE2-motoren die door frequentieregelaars worden geregeld worden door MEPS geaccepteerd als alternatief voor de geplande IE3-klasse. De gebruiker moet

zeker stellen dat wordt voldaan aan de eis IE3 of het alternatief, bestaande uit IE2 met een frequentieregelaar.

KostenbesparingEen terechte vraag bij de introductie van IE motoren is de vraag of er sprake zal zijn van kostenbesparing. Het hogere rendement wordt deels gerealiseerd door het gebruik van extra actief materiaal in de elektromotor. Afhankelijk van de motorgrootte is het aannemelijk dat een motor van een betere rendementsklasse circa 10 tot 20% meer zal kosten.

In de praktijk kan deze extra investering vaak snel terugverdiend worden. De grafiek laat de besparing op energiekosten zien van een IE-motor ten opzichte van de volgende IE-klasse. Deze eenvoudige analyse gaat uit van continu-bedrijf bij nominale belasting, 60.000 bedrijfsuren en een elektriciteitsprijs van 8 eurocent per kWh.

Voldoen aan de gespecifi-ceerde montageafmetingen van EN 50347Synchrone driefasenmotoren die voldoen aan de klassen IE2 en IE3 zijn vaak groter dan motoren met lager rendement. Dit kan problemen opleveren bij het vervangen van oudere motoren.

De meeste IE2-motoren voldoen aan de eisen van ashoogte en montagepunten zoals gestandaardiseerd in EN 50347. Veel IE2-motoren zijn echter langer. In veel

gevallen zullen kleine 50 Hz IE3 Premium Class-motoren niet voldoen aan de montageafmetingen volgens EN 50347. Gebruikers zouden dit gegeven moeten

verwerken in de procedures voor motorvervanging. Alternatief voor IE3: IE2 plus frequentieregelaar.

Vermogen MEPS MEPS-alternatief

Vanaf 16 juni 2011 0,75 – 375 kW IE2 -

Vanaf 1 januari 20150,75 – 7,5 kW IE2 -t

7,5 – 375 kW IE3 IE2 met frequentieregelaar

Vanaf 1 januari 2017 0,75 – 375 kW IE3 IE2 met frequentieregelaarSchema voor MEPS-implementatie

Momenteel wordt verwacht dat synchrone driefasenmotoren van klasse IE2 en IE3 niet kunnen voldoen aan de montageafmetingen zoals gedefinieerd in EN 50347.

Motor

IE1 IE2 IE3

Ashoogte (EN 50347) Ja Ja Groter

Montagepunten (EN 50347) Ja Ja Groter

Motorlengte Ja Langer Groter

http://www.eur-lex.europa.eu

33

Praktische aspecten van EC- en PM-motoren

Verschillende technische benamingenHet is niet eenvoudig om het rendement van een driefaseninductiemotor of kortsluitankerdraaistroommotor te verbeteren. Hierdoor vormen synchrone permanentmagneetmotoren een goed alternatief. In vergelijking met een inductiemotor met hetzelfde rendement (bv. IE3) zijn deze motoren duidelijk compacter.

Een gebruiker krijgt te maken met verschillende subcategorieën van deze motoren met verschillende benamingen. De afkortingen “PM”(permanent magneet) en “PMSM” (permanent magneet syn-chroon motor) worden in de industrie veel gebruikt terwijl de aanduidingen “EC” (electronically commutated, elektronisch gecommuteerd) en “BLDC”(brushless direct current, borstelloze gelijkstroom) vaker worden gebruikt in gebouwenautomatisering.

De diversiteit in de benamingen van permanentmagneetmotoren wordt duidelijk bij het voorbeeld van de EC-motoren. EC-motoren worden gewoonlijk gebruikt als servomotoren of stappenmotoren in industriële toepassingen. Met een compacte bouwwijze dekken ze een vermogens-gebied af tot circa 300 watt. De meest gangbare voedingsspanning is 24 V. De situatie is anders voor ventilatie- systemen in gebouwenautomatisering. In dergelijke toepassingen worden 1-fase en 3-fasen EC-motoren gebruikt in compacte ventilatie-units voor toepassingen met vermogens tot circa 10 kW.

De technologieVanwege de ingebouwde permanent-magneten hebben deze motoren geen afzonderlijke bekrachtigingwikkeling nodig of geïnduceerde rotorstroom. Ze moeten echter altijd worden aange-stuurd door een elektronische regelaar. Rechtstreekse voeding vanuit een draaistroomnet is derhalve niet mogelijk. De aansturing van de motor kan plaats-vinden zonder terugkoppeling of met een terugkoppelsignaal dat afkomstig is van een sensor of encoder die de daadwerke-lijke rotorpositie aangeeft. Op basis van dit signaal vindt de aansturing plaats.

Hoog rendement Dankzij de permanentmagneten zijn er nauwelijks verliezen in de rotor. Dit resulteert in een hoger rendement.

PSM-equivalent circuit TPIM-equivalent circuit

I

RS LS LS X 2 X 2/sRS

STATOR ROTOR

ZS

UPU U1

+

-Xh

Vergelijking van de vereenvoudigde vervangingsschema’s van een PMSM-motor en een inductiemotor (kortsluitankerdraaistroommotor.) Door het ontbreken van rotorverliezen hebben permanentmagneet-motoren een hoger rendement dan driefaseninductiemotoren.

Het Danfoss EC+-concept maakt het mogelijk om PM-motoren met IEC-standaardmaten te gebruiken in combinatie met Danfoss VLT®-frequentieregelaars. Danfoss heeft het benodigde regelalgoritme geïntegreerd in de bestaande VLT®-regelaarseries. Dit betekent dat er voor de gebruiker niets verandert. Na het invoeren van de relevante motorgegevens profiteert de gebruiker van het hoge motorrendement van de EC-technologie.

Voordelen van het EC+-conceptn Onafhankelijk van de

motortechnologie: PM of asynchroon met dezelfde frequentieregelaar

n Installatie en bediening van het apparaat blijven ongewijzigd

n Merkonafhankelijke keuze van alle componenten

n Superieur systeemrendement dankzij een combinatie van afzonderlijke componenten met optimaal rendement

n Toepassing in bestaande systemen mogelijk

n Uiteenlopende vermogensklassen voor standaard- en PM-motoren

PMAC Synchroonmotoren

BLDC - Borstelloze gelijkstroommotor

Ook wel bekend als EC-motor of EC-technologie

IPMSM Inwendige magneten

PMSM Sinusvormige commutatie

SPMSM Extern gemonteerde magneten

Gebruikelijke motoraanduiding: PM-motoren

PMAC = permanentmagneet AC; BLDC = borstelloos DC; PMSM = synchrone permanentemagneetmotor; IPMSM = inwendige PMSM (verzonken magneten); SPMSM = uitwendige PMSM (magneten gemonteerd op rotor)

34

Oversynchroon bedrijfIn theorie is het mogelijk om een EC- of PM-motor boven het nominale toerental of de nominale frequentie te gebruiken, uiteraard onder voorwaarde dat de fabrikant dit gebruik toestaat. Bij een inductiemotor wordt dit “oversynchroon” bedrijf genoemd of bedrijf in het veldver-zwakkingsgebied. In het oversynchroon of veldverzwakkingsgebied kunnen hogere toerentallen worden bereikt maar met een lager askoppel. In tegenstelling tot draaistroommotoren kan bij EC- en PM-motoren de veldverzwakking alleen worden gerealiseerd met speciale aansturing. Het koppel op de motoras zal hierbij lager worden, net als bij draaistroommotoren. De motorfabrikant moet aangeven of een bepaalde motor geschikt is voor oversynchroon bedrijf.

Voor een frequentieregelaar is oversyn-chroonbedrijf geen probleem zolang het tegen-EMK van de EC- of PM-motor, opgewekt door de permanentmagneten, niet hoger is dan de maximaal toegestane DC-tussenkringspanning van de frequen-tieregelaar.

Praktische aspecten van EC- en PM-motoren

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

PM 1,1 kW IE2 1,1 kWPM 3 kW IE2 3 kW

Vergelijking PM/EC met IE2 (VT)

Rend

emen

t

Snelheid [tpm]

Bijvoorbeeld, een motor met een tegen-EMK van 200 V bij 1000 tpm kan werken bij een snelheid tot 3192 tpm indien de frequentieregelaar een maximaal toegestane DC-tussenkring-spanning van 900 V heeft. Hoewel de motor ook bij hogere snelheden kan werken, veroorzaakt dit een risico van elektrische storing van de regelaar in geval van een defect ten gevolge van een spanning hoger dan 900 V. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren in geval van een netverstoring.

Standaard IEC-behuizingIn veel toepassingen worden driefaseninductiemotoren toegepast waarvan de installatiematen en bouwgroottes overeenkomen met de specificaties van IEC EN 50487 of IEC 72.

Tot nu toe hebben de meeste PM-moto-ren andere bouwvormen. Servomotoren zijn hier voorbeelden van. Door de compacte constructie met lange, relatief dunne rotors zijn ze geoptimaliseerd voor hoogdynamische toepassingen.

Om het hoge rendement van een permanentmagneetmotor ook toepas-baar te maken in bestaande industriële toepassingen zijn PM-motoren nu ook beschikbaar in de gestandaardiseerde IEC-bouwgroottes. Hierdoor is het mogelijk om driefaseninductiemotoren in bestaande installaties te vervangen door motoren met hoger rendement. Met beperkte engineering kan een motor met hoger rendement worden ingezet zonder ontwerpaanpassingen aan de bestaande machine.

Vanwege de compatibiliteit zijn beide vormen van PM-motoren commercieel beschikbaar.

Optie 1: Dezelfde bouwgrootteDe PM/EC-motor en de inductiemotor hebben dezelfde afmetingen.

Voorbeeld: een inductiemotor van 3 kW kan vervangen worden door een PM/EC-motor met dezelfde afmetingen.

Optie 2: Hetzelfde vermogen De PM/EC-motor en de inductiemotor hebben hetzelfde nominale vermogen. In theorie kan een PMSM kleiner gemaakt worden dan een inductiemotor met een vergelijkbaar vermogen. Afhankelijk van de bouwgrootte is de vermogens-dichtheid van een PM/EC-motor circa 1,5 tot 2 maal zo groot als van een inductiemotor.

Voorbeeld 1: Een 3 kW inductiemotor kan vervangen worden door een PM/EC-motor met dezelfde bouwgrootte als een 1,5 kW motor.

Voorbeeld 2: Een 3 kW inductiemotor kan worden vervangen door een PM/EC-motor met dezelfde bouwgrootte en een nominaal vermogen van 6 kW.

Een PM/EC-motor moet altijd met een elektronische regelaar worden aangestuurd.

Het schema toont waarden die door een onafhankelijke universiteit zijn gemeten. Verliezen voor de vereiste besturingselektronica zijn in de cijfers inbegrepen.

35

Selectiecriteria De volgende aspecten moeten bij het gebruik van toerengeregelde motoren worden beoordeeld:– Isolatiebelasting– Belasting van de lagers– Thermische belasting

IsolatiebelastingVoeding van een elektromotor vanuit een frequentieregelaar veroorzaakt een hogere belasting op de motorwikkeling dan netbedrijf. Dit wordt primair veroorzaakt door de steile flanken van de spannings-pulsen (du/dt) en de karakteristieken van de motorkabel, afhankelijk van kabel-lengte, kabeltype en kabelroute enz.

De steile flanken van de spanningspulsen ontstaan door de snelschakelende halfgeleiders in de uitgangstrap van de frequentieregelaar. De halfgeleiders werken met een schakelfrequentie in het gebied van 2 tot 20 kHz met bijzonder korte schakeltijden om een sinusvorm te genereren.

In combinatie met de motorkabel zijn deze steile spanningsflanken verantwoordelijk voor het volgende in de motor:– hoge pulsspanningen ULL op de motor-

klemmen veroorzaakt extra belasting op de isolatie tussen de afzonderlijke wikkelingen.

– hogere pulsspanning tussen de wikke-lingen en het statorblikpakket ÛLE ver-oorzaakt extra belasting op de slotiso-latie in de sleuven waar de wikkelingen zich bevinden.

– hogere spanningen tussen de wikke-lingen Ûwdg veroorzaken een duidelijk hogere belasting van de isolatie van de wikkeldraad waar de wikkeling uit be-staan.

LagerbelastingOnder ongunstige omstandigheden kunnen defecten in toerengeregelde motoren ontstaan als gevolg van lagerstromen. Er kan stroom door het lager lopen wanneer de spanning over de smeerfilm groot genoeg is om de isolerende laag die gevormd is door het smeermiddel te doorbreken. Wanneer dit plaatsvindt zal het lager steeds meer geluid gaan produceren en snel kapot gaan. Dit type lagerstromen omvat hoogfrequente wervelstromen, stromen naar aarde en stromen als gevolg van EMD (Electromagnetic Discharge, ofwel vonkerosie).

Welke van deze stromen lagerschade veroorzaakt is afhankelijk van de volgende factoren: – De voedingsspanning van de

frequentieregelaar.– De steilheid van de flanken van

de pulsvormige spanning (du/dt).

1. 2. Spoel

ULE

ULL

U

V

WUWdg

De motor ontvangt pulsvormige spanningen op de motorklemmen (ULL) en tussen de wikkelingen en het blikpakket (ULE). Er ontstaat ook een belasting tussen de wikkelingen (Uwdg).

Noot: Lagerstromen ontstaan door interacties van het gehele systeem, bestaande uit frequentieregelaar, motor, kabel en aarding. IEC 60034-17 doet aanbevelingen voor preventieve maatregelen voor ashoogten van 315 mm (ong.132 kW) en hoger.

Noot: Vraag de motorfabrikant om bevestiging dat de motor geschikt is voor gebruik met een frequentieregelaar, en een opgave van het toegestane toerengebied (minimum- en maximumtoerental).

– Het soort motorkabel.– Elektrische afscherming.– Aarding in het aandrijfsysteem.– Motorvermogen.– Het aardingssysteem van de motor

en de as van de elektromotor.

Lagerstromen kunnen door de volgende maatregelen gereduceerd worden:– Plaatsing van uitgangsfilters

(motor-smoorspoelen, du/dt-filters, of sinusfilters).

– Montage van elektrisch geïsoleerde lagers.

– Deugdelijke aarding van alle metalen systeemonderdelen via verbindingen met lage impedantie.

– Afgeschermde motorkabels.– Plaatsing van een DC-onderdrukkings-

filter.

Thermische belastingGebruik van een frequentieregelaar vergroot de warmteontwikkeling in de elektromotor. De extra harmonischen in de motorspanning veroorzaken ijzerverliezen in het blikpakket en extra verliezen in stator en rotor. De grootte van de verliezen is afhankelijk van de amplitude en frequentie van de harmonischen in de uitgangsspanning. De extra verliezen in de rotor zijn afhankelijk van de slotgeometrie van de rotorstaven. IJzerverliezen zijn niet afhankelijk van de belasting. De extra verliezen in de motor veroorzaken een hogere thermische belasting van de wikkelingisolatie. Bij moderne frequentie-regelaars is de extra opwarming van normmotoren (t/m bouwgrootte 315) vergelijkbaar met de extra opwarming als gevolg van netschommelingen en kan daarom verwaarloosd worden. Fabrikanten specificeren soms een deratingfactor voor de motoren die groter zijn dan de normmotoren (bouwgrootte 355 en hoger).

Wanneer de frequentieregelaar niet in staat is om de volle netspanning als uitgangsspanning te leveren bij de nominale netfrequentie is het aan te raden een elektromotor met isolatieklasse F te selecteren. Wanneer een motor vanuit de frequentieregelaar een spanning krijgt die lager is dan de spanning die de motor zou ontvangen bij netbedrijf zal de motortemperatuur met circa 10 K kunnen stijgen.

Praktische aspecten van motoren die geschikt zijn voor frequentieregelaarbedrijf

36

De mogelijkheden voor uitgangsfilters omvatten sinusfilters en du/dt-filters. In tegenstelling tot sinusfilters, is de enige taak van een du/dt-filter het beperken van de steilheid van de flanken van de pulsvormige uitgangsspanning. Ze zijn eenvoudiger van ontwerp dan sinusfilters (kleinere inducties en capaci-teiten) en zijn om die reden goedkoper.Sinusfilters, ook wel LC-filters genoemd, kunnen als optie worden toegevoegd aan de uitgang van frequentieregelaars. Ze vlakken de blokvormige spanningen af en zetten deze om in een nagenoeg sinusvormige uitgangsspanning.

Functies en taken van sinusfilters• Beperking van de stijgsnelheid van de

spanning (du/dt) op de motorklemmen.• Beperking piekspanning ÛLL

• Reductie van motorgeluid.• Gebruik van langere motorkabels

mogelijk maken.

• Verbetering EMC-eigenschappen.• Wanneer sinusfilters worden

gebruikt in combinatie met Danfoss-frequentieregelaars maken de sinusfilters het gebruik van onafgeschermde motorkabels mogelijk en gelijktijdig wordt voldaan aan EN 61800-3 RFI categorie C2.

Wanneer worden sinusfilters toegepast?• Onderwaterpompen en

dompelpompen.• Lange motorkabels (inclusief situaties

waar dit noodzakelijk is vanwege parallelbedrijf van meerdere motoren).

• Bronpompen.• Motoren zonder goede isolatie tussen

de wikkelingen.• Waar niet-standaard motoren

worden gebruikt (in overleg met de motorfabrikant).

RenovatieWanneer een gebruiker oudere motoren en installaties ombouwt van netbedrijf naar toerengeregeld bedrijf met gebruik van frequentieregelaars is het raadzaam sinusfilters toe te passen tenzij het motordatasheet aangeeft dat de wikkelingen geschikt zijn voor frequentierege-laarbedrijf.Bij renovatie is het vaak rendabel om oudere motoren met een laag rendement te vervangen door nieuwere, energiezui-nige motoren. Een sinusfilter is in een dergelijke situatie niet nodig. De nieuwe motoren verdienen zichzelf meestal snel terug door de lagere energiekosten.

Praktische aspecten van uitgangsfilters

Sinusfilters en du/dt-filters

Du/dt-filter Sinusfilter Common mode filterBelasting van motorisolatie Gereduceerd – langere motorkabels mogelijk Gereduceerd – langere motorkabels mogelijk Geen reductie

Belasting van motorlagers Enigszins gereduceerdReduceert rondgaande stromen maar niet

synchroonstromenReduceert synchroonstromen

Elektromagnetische compatibiliteitElimineert harmonischen in motorkabel.

Geen effect op EMC-klasse

Elimineert harmonischen in motorkabel.


Reduceert emissies (boven 1 MHz).


Maximale motorkabellengte, EMC-compliantAfhankelijk van fabrikant

FC 202: max. 150 m afgeschermd

Afhankelijk van fabrikant

FC 202: max. 150 m afgeschermd of max. 300 m

onafgeschermd


FC 202: max. 150 m afgeschermd

Max. motorkabellengte, niet-EMC-compliantAfhankelijk van fabrikant

FC 202: max. 150 m onafgeschermd


FC 202: max. 500 m onafgeschermd


FC 202: max. 300 m onafgeschermdMotorgeluid bij schakelfrequentie Geen effect Beperkt Geen effectAfmetingen (in verhouding tot

frequentieregelaar)15–50% (afhankelijk van vermogen) 100% 5–15%

Spanningsval 0,5% 4–10% Geen

37

Nominale spanningIn de motorkabel treden piekspanningen op tot driemaal de DC-tussenkringspan-ning. Deze spanningen vormen een aanzienlijke belasting voor zowel de motorkabel als de motorisolatie. De belasting is hoger wanneer de frequentie-regelaar geen du/dt-filter of sinusfilter heeft.

Om deze reden moet de motorkabel minstens voldoen aan de eis dat U0/U = 0,6/1 kV. Deze kabels worden meestal getest met een testspanning van minstens 3.500 V AC en meestal 4.000 V AC, en in de praktijk is gebleken dat de isolatie van dergelijke kabels voldoet.

KabeldimensioneringDe vereiste doorsnede van de kabel is afhankelijk van de uitgangsstroom van de frequentieregelaar, de omgevingstempe-ratuur en de wijze waarop de kabel is geïnstalleerd. Overdimensionering van de kabeldoorsnede vanwege harmonischen is niet nodig.

Voor de selectie en dimensionering van kabels en geleiders leveren EN 60204-1 en VDE 0113-1 gegevens voor aderdoorsne-des t/m 120 mm². Wanneer een grotere aderdoorsnede noodzakelijk is kan VDE 0298-4 worden geraadpleegd voor aanvullende informatie.

Lengte motorkabelIn drinkwater- en afvalwaterinstallaties komen vaak lange motorkabels voor. Frequentieregelaar en elektromotor zijn vaak meer dan 100 meter uit elkaar geplaatst. In een dergelijke situatie moet de spanningsval over de kabel meegeno-men worden in de kabeldimensionering.

Ontwerp het systeem zodanig dat de volledige uitgangsspanning de motor bereikt, zelfs bij een lange motorkabel. De lengte van een motorkabel die op een standaard frequentieregelaar kan worden aangesloten is gewoonlijk 50 tot 100 meter. Zelfs bij deze kabellengte kunnen sommige fabrikanten niet de volledige uitgangsspanning op de motorklemmen leveren.

Wanneer motorkabels van meer dan 100 meter nodig zijn, is er een beperkt aantal fabrikanten dat met standaard producten aan deze eis kan voldoen. Als alternatief kan het noodzakelijk zijn aanvullende smoorspoelen of uitgangsfilters te plaatsen.

EnergiebesparingDe spanningsval in een motorkabel en de daarmee samenhangende warmteontwik-keling is bijna evenredig met de lengte van de motorkabel en medeafhankelijk van de frequentie.

Om die reden moeten kabeltracés zo kort mogelijk worden gehouden en de aderdoorsnedes niet groter worden gekozen dan elektrisch noodzakelijk is.

Praktische aspecten van motorkabels

Noot: Raadpleeg de fabrikant voor informatie over de maximale kabellengte die aan de frequentieregelaar mag worden aangesloten en de verwachte spannings-val. Een standaard VLT® AQUA Drive frequentieregelaar kan worden gebruikt met afgeschermde kabel van maximaal 150 m lengte of een onafgeschermde kabel van maximaal 300 m lengte en zal in beide gevallen de volle spanning op de motor-klemmen leveren.

Installation method B1: Conduc-tors in conduit or closed wiring ducts

Installation method B2: Multi-conductor cable or multicon-ductor sheathed cable in conduit or closed wiring ducts

Installation method C: Direct installation on or in walls and/or ceilings or in cable trays

Installation method E - Installation frei in Luft, an Tragseilen sowie auf Kabelpritschen und -konsolen

Kabels met geschikte afschermingAfgeschermde kabels moeten een bedekkingspercentage hebben van minstens 80%. Voorbeelden van geschikte kabels zijn:– Lapp Ölflex 100-CY– Helu Y-CY-JB– Helu Topflex-EMV-UV-2YSLCYK-J









Installatiemethode B1: geleiders in leiding of in gesloten kabelgoten





Installatiemethode B2: Meeraderige kabel of meeraderige kabel met mantel in leiding of in gesloten kabelgoten

Installatiemethode C: rechtstreekse installatie op of in wanden en/of plafonds of in open kabelgoten

Installatiemethode E: Installatie in de open lucht en in open kabelgoten

Samenvatting van EN 60204-1 met betrekking tot de nominale stroom voor kabeldoorsneden

Nominale stroom [A] van pvc-kabel bij een omgevingstemperatuur van 40 °C

mm² B1 B2 C E

1 10,3 10,1 11,7 12,4

1,5 13,5 13,1 15,2 16,1

2 18,3 17,4 21,0 22,0

4 24,0 23,0 28,0 30,0

6 31 30,0 36,0 37,0

10 44,0 40,0 50,0 52,0

16 59,0 54,0 66,0 70,0

25 77,0 70,0 84,0 88,0

38

Aarding in sterconfiguratieAlle geaarde punten en componenten moeten zo direct mogelijk met het centrale aardingspunt worden verbonden, bijvoorbeeld door een potentiaalvereffeningsrail. Dit leidt tot een aardingssysteem waarbij alle aansluitingspunten voor aarde stervormig zijn verbonden naar het centrale aardpunt. Dit centrale aardpunt moet duidelijk gedefinieerd zijn.

Goed contactNadat verf en corrosie zijn verwijderd moeten aardingsverbindingen bij voorkeur via een relatief groot oppervlak worden gemaakt. Veerringen maken beter contact dan platte carrosserieringen. Componenten met een coating van tin, zink of cadmium hebben de voorkeur boven geverfde componenten. De connectoren moeten meerdere contacten voor de afscherming hebben om een goede verbinding te kunnen realiseren.

Oppervlak van geleiderVoor het afvoeren van hoogfrequente stromen moeten geleiders met een groot buitenoppervlak worden toegepast. Dit kan worden uitgevoerd met gevlochten

draad of met speciale gevlochten aardingsstrips of -kabels. Gevlochten aardstrips hebben een aanzienlijk groter oppervlak dan een ronde draad met dezelfde doorsnede en zijn daardoor veel beter in staat om hoogfrequente verstoringen af te voeren.

In het algemeen zijn goede aardingsvoor-zieningen en -systemen essentieel om te kunnen voldoen aan de eisen van de EMC- en Laagspanningsrichtlijn. Deze voorzieningen zijn een voorwaarde voor het correct functioneren van andere maat-regelen, zoals afscherming en filters. Andere maatregelen hebben geen nut zonder een goed aardingssysteem. Het controleren van de aarding is een noodzakelijke eerste stap bij EMC troubleshooting, voordat extra afscher-ming of extra filters worden geïnstalleerd.

Elektrisch geleidende materialenGebruikers moeten controleren dat de metalen oppervlakken zijn geaard via verbindingen met een lage impedantie. Vanuit EMC-oogpunt is de diameter van een geleider niet doorslaggevend, maar de afmeting van het buitenoppervlak van de geleider. Het gedeelte van de aardingsverbinding met het kleinste oppervlak zal bepalend zijn voor de mogelijkheid om lekstromen naar aarde af te voeren. Geaarde oppervlakken hebben een afschermend effect en dempen de sterkte van elektromagnetische velden.

Frequentieregelaar

Uitgangs-lter

Gebruik geen installatie-aarding, om verstoringen te vermijden

Geleider veiligheidsaarde, buiten

PE

Installatieaarding

Voor elk systeem of installatie moet een aardingsplan worden uitgewerkt.

Het belang van aarding

Noot: De systeemaarding heeft een groot effect op storingsvrij bedrijf van de installatie. Het is belangrijk dat aardlussen worden vermeden. Daarnaast is potenti-aalvereffening van groot belang. Maak daarom in een vroeg stadium van het project een aardingsplan.

Praktische aspecten van aarding

39

Afscherming heeft tot doel de hoeveel-heid uitgestraalde interferentie (die naastgelegen componenten zou kunnen beïnvloeden) te beperken en de ongevoe-ligheid (immuniteit) van afzonderlijke componenten te vergroten door afzwak-king van verstoringen van buitenaf.

Het achteraf monteren van afschermingen (zoals afgeschermde kabel of extra beplating) in een installatie is bijzonder kostbaar. Fabrikanten van frequentierege-laars leveren normaliter de informatie om te kunnen voldoen aan de limieten van de normen, inclusief informatie over de extra voorzieningen die benodigd zijn zoals het gebruik van afgeschermde kabels.

Frequentieregelaars genereren op de uitgangen pulsen met steile flanken. Deze pulsen bevatten hoogfrequente componenten (die tot in het gigahertzbereik lopen), die ongewenste straling vanaf de motorkabel veroorzaken. Om deze reden moeten afgeschermde motorkabels worden toegepast. De taak van de afscherming is het afvangen van de hoogfrequente componenten en deze terug te leiden naar de bron van de verstoring, in dit geval de frequentieregelaar.

Afgeschermde kabels en bedradingZelfs goede afscherming die voldoet aan de normen kan niet alle straling elimineren. In het “nabije-veld” gebied zijn nog steeds elektromagnetische velden aanwezig die de componenten en modules in dit gebied niet mogen verstoren in hun correcte werking. De norm vereist dat de componenten moeten voldoen aan de limiet, die voor een bepaalde afstand is gespecificeerd (zoals 30 dB voor een afstand van 10 m voor klasse B). Voor wat betreft de hoogte van deze limiet maakt de norm onder-scheid tussen gebruik in 1st environment (huishoudelijke omgeving) en 2nd environment (industriële omgeving). Voor gedetailleerde informatie raadpleeg de sectie “Praktische aspecten van hoogfrequente verstoringen (RFI)” vanaf bladzijde 22.

Afwerking van de afschermingDe afscherming van de kabel moet rondom worden verbonden voor effectieve kabelafscherming. EMC-wartels of aardingskabelklemmen kunnen voor dit doel worden gebruikt. Deze klemmen omringen de afscherming volledig en maken via een groot oppervlak een

aardingsverbinding. De afscherming moet direct naar het aardpunt lopen en via een groot oppervlak contact maken. Eventuele verbindingen moeten aan beide uiteinden van de kabel zo kort mogelijk worden gehouden. Alle andere verbindingstechnieken zullen de effectiviteit van de kabelafscherming verminderen. Regelmatig wordt de kabelafscherming tot een “staartje” of “pigtail” gedraaid en met een schroefverbinding met aarde verbonden. Deze manier van verbinden veroorzaakt een aanzienlijke impedantie voor de hoogfrequente componenten in het af te voeren signaal. Hierdoor wordt de verstoring gestraald vanaf de afscherming en niet naar de bron teruggeleid, zoals werd beoogd. Hierdoor kan de effectiviteit van de afscherming ernstig worden verminderd, soms wel met 90%.

Onderbrekingen in de afschermingOnderbrekingen of “gaten” in de afscherming, zoals bij klemmen, schakelaars of contactors moeten worden overbrugd door verbindingen met een zo laag mogelijke impedantie en zo groot mogelijk oppervlak.

Fout Goed

Fout Goed

Het belang van afscherming

Praktische aspecten van afscherming

PLC

Verwijder kabelisolatie

Aardingsband

Uitgangsrelais

PLC enz. Behuizingsplaat

Min. 10 mm²

Min. 10 mm²PE Min. 10 mm²

Motor

Compensatiekabel

Stuurkabels

Netvoeding

L1L2L3PE

Motorkabel

Alle kabels gemonteerd aan één plaatzijde

Min. 200 mm tussen stuurkabels, motorkabels en signaalkabels

Frequentie-omvormer

PLC

Verwijder kabelisolatie

Aardingsband

Uitgangsrelais

PLC enz. Behuizingsplaat

Min. 10 mm²

Min. 10 mm²PE Min. 10 mm²

Motor

Compensatiekabel

Stuurkabels

Netvoeding

L1L2L3PE

Motorkabel

Alle kabels gemonteerd aan één plaatzijde

Min. 200 mm tussen stuurkabels, motorkabels en signaalkabels

Frequentie-omvormer

40

AardverbindingDe aardingsverbinding van een afscherming is cruciaal voor de effectiviteit. Om deze reden moeten veerringen of tandringen worden toegepast bij schroefverbindingen die delen van de behuizing doorverbinden en moeten geverfde oppervlakken worden kaalgeschraapt zodat verbindingen met lage impedantie zullen ontstaan. Geanodiseerde aluminium behuizingen zullen bijvoorbeeld onvoldoende aardingscontact maken als platte carrosserieringen worden toegepast bij de montageschroeven. Voor aardingsverbindingen moet bedrading met een grote doorsnede worden gebruikt, of, bij voorkeur, een gevlochten aardkabel. Wanneer bedrading met een doorsnede van minder dan 10 mm² wordt gebruikt voor elektromotoren met laag vermogen, moet een aparte PE-leiding worden gelegd van de motor naar de frequentieregelaar met een doorsnede van minstens 10 mm².

MotorkabelOm te voldoen aan de limieten voor radiofrequente interferentie moeten afgeschermde kabels worden toegepast tussen frequentieregelaar en elektromo-tor en moet de afscherming aan beide zijden worden aangesloten.

SignaalkabelDe afstand tussen motorkabel en signaalkabels zou meer dan 20 cm moeten zijn en de voedingskabel moet zoveel mogelijk apart lopen van de motorkabel. Storingen worden snel kleiner als de onderlinge afstand groter wordt. Extra maatregelen (zoals het gebruik van scheidingsstroken) zijn essentieel bij kleinere scheidingen. Als dit achterwege blijft kan storing worden ingekoppeld of worden overgedragen.De afscherming van stuurkabels moet aan beide zijden op dezelfde manier worden aangesloten als de afscherming van motorkabels. In uitzonderingsgevallen kan enkelzijdige aarding worden overwo-gen. Dit wordt echter niet aanbevolen.

Soorten afschermingFabrikanten van frequentieregelaars adviseren het gebruik van afgeschermde motorkabels. Twee factoren zijn belangrijk voor de selectie: het bedekkingspercen-tage en het soort afscherming.

Het bedekkingspercentage is het percentage van het kabeloppervlak dat wordt bedekt door de afscherming. Dit moet minstens 80% zijn.

Met betrekking tot het type afscherming is gebleken dat een enkele laag gevloch-ten koper in de praktijk bijzonder effectief is. Het is belangrijk dat het scherm gevlochten is. Dit is in tegenstelling tot een gewikkelde koperen afscherming (zoals NYCWY), deze afscherming laat lange spleetvormige oppervlakken onbedekt waardoor hoogfrequente verstoringen makkelijk kunnen ontsnap-pen. Het oppervlak voor de doorgifte van lekstromen is ook beduidend kleiner voor dit soort afscherming.

Afscherming is ook beschikbaar voor montage achteraf. Het wordt dan om de kabel getrokken om het gewenste afschermingseffect te verkrijgen. Voor korte verbindingen kunnen metalen leidingen of buizen als alternatief worden gebruikt. Kabelgoten kunnen afscherming alleen onder bepaalde voorwaarden vervangen, bijvoorbeeld in de vorm van een stralings-dempende kabelgoot met goed contacte-rend deksel en een goede verbinding van kabelgootdelen naar aarde.

Kabels met dubbele afscherming zorgen voor verbeterde demping van gestraalde storing. Het binnenscherm is aan één zijde aangesloten en het buitenscherm is aan twee zijden afgemonteerd. Doordat de bedrading “getwist” (gedraaid) is, worden magnetische velden gereduceerd.

Afgeschermde kabels met “twisted” aders kunnen als signaalkabel gebruikt worden. De afzwakking van het magnetische veld neemt toe van circa 30 dB met een enkelvoudige afscherming tot 60 dB met een dubbele afscherming en tot circa 75 dB als de geleiders ook gedraaid zijn.

Praktische aspecten van afscherming

Overdrachtsimpedantie, ZtmΩ/m105

104

103

102

10

1

0,01 0,1 1 10 100 MHz

10-1

10-2

10-3

Met koper bekleed aluminiumdraad

Spiraalvormig koperdraad of betonstaalkabel

Koperdraad, enkellaags, gevlochten met diverse percentages afschermingsdekking

Koperdraad, dubbellaags, gevlochten met een magnetische, afgeschermde tussenlaag

Kabel in koper- of staalbuis

Koperdraad, dubbellaags, gevlochten

Er zijn verschillende soorten afgeschermde kabel, niet alle soorten zijn geschikt voor gebruik met frequentieregelaars.

41

BasisontwerpIn de praktijk selecteren ontwerpers en gebruikers de frequentieregelaars puur op basis van het nominale vermogen in kilowatt. Frequentieregelaars moeten altijd geselecteerd worden op basis van de werkelijke nominale motorstroom bij het zwaarste belastingspunt. Dit selectie-criterium is betrouwbaarder aangezien het geleverde mechanisch vermogen afhankelijk is van de mechanische asbelasting en niet van het toegevoerde elektrisch vermogen.

Het rendement van de elektromotor wordt buiten beschouwing gelaten. Het nominaal vermogen van frequentierege-laars (in kilowatt) wordt gebaseerd op het nominaal vermogen Pnom van 4-poolmo-toren.

Motoren met hetzelfde nominaalvermo-gen kunnen verschillende nominaalstro-men hebben, afhankelijk van de motorfabrikant en de rendementsklasse. De nominaalstroom van een 11 kW motor kan bijvoorbeeld variëren van 19,8 A tot 22,5 A.

Alleen de nominale stroom is echter niet voldoende om het elektrisch vermogen te bepalen dat aan de motor toegevoerd kan worden. De frequentieregelaar moet ook voldoende motorspanning kunnen leveren. Bij een netspanning van 400 V betekent dit dat er ook 400 V op de motorklemmen moet zijn bij 50 Hz. Er zijn nog steeds frequentieregelaars op de markt die dit niet kunnen realiseren.

De uitgangsspanning neemt af door de spanningsvallen in de filters, smoorspoe-len en motorkabel. Als de uitgangsspan-ning bijvoorbeeld tot 390 V zakt, heeft de motor meer stroom nodig om het vereiste vermogen te produceren. Naarmate de verliezen kwadratisch met de stroom toenemen, wordt de motor steeds warmer, waardoor de levensduur afneemt. Uiteraard moet de gebruiker de toegeno-men stroomvraag ook bij het ontwerp in aanmerking nemen.

Constant of variabel koppelDe door de motor aangedreven belasting is de sleutelfactor voor de selectie van de juiste frequentieregelaar. Er moet onderscheid worden gemaakt tussen belastingen waarvan het koppel kwadra-tisch stijgt met toenemend toerental (zoals centrifugaal pompen en ventilato-ren) en belastingen die over het gehele werkgebied een hoog koppel van de motor kunnen vragen, zelfs bij lage snelheden, zoals Roots blowers.

De meeste aandrijvingen in drinkwater- en afvalwaterinstallaties hebben een belastingkarakteristiek waarbij de belasting kwadratisch toeneemt met het toerental tot het nominaal koppel wordt bereikt. Om in deze belastingsomstandig-heden een optimaal rendement te behalen, levert de frequentieregelaar een motorspanning die kwadratisch toeneemt met de rotatiefrequentie van het draaiveld in de elektromotor, en daarmee ook met het toerental.

In toepassingen met constant koppel zijn er vaak ook eisen voor wat betreft het losbreekkoppel of acceleratie. In een dergelijke situatie moet de frequentie-regelaar tijdelijk extra vermogen aan de motor kunnen leveren, boven het nominale motorkoppel. In toepassingen waar geen startkoppel nodig is dat aanzienlijk hoger is dan het nominale motorkoppel is een relatief geringe overbelastbaarheid over het algemeen voldoende.

Roots blowers die onbelast opstarten hebben hierbij voldoende aan 110% van het nominaal motorkoppel.

Stap 4: Praktische aspecten van de selectie van frequentieregelaars

Opmerking: Een 11 kW VLT® AQUA Drive-frequentieregelaar heeft een nominale stroom van 24 A. Hierdoor is voldoende reserve beschikbaar om een motor aan te drijven met een nominaal vermogen van 11 kW.

Opmerking: Een speciaal modulatie- principe wordt in de VLT® AQUA Drive gebruikt om de volledige motorspanning te leveren. Zelfs met 10% onderspanning aan de netzijde kunnen de nominale motorspanning en het nominale motorkoppel worden gehandhaafd.

Noot: Verdringerpompen, Roots blowers en compressoren worden niet geclassificeerd als stromingsmachines. Vanwege het werkingsprincipe van deze werktuigen moeten frequentie-regelaars voor deze toepassingen gedimensioneerd worden als “constant koppel”-toepassingen.

42

Karakteristieke curves en toepassingenConstant-koppeltoepassingenNormaal startkoppel (110% overbelasting)DoseerpompenRoots blowersOppervlaktebeluchting/puntbeluchtingCirculatiepompenZijkanaalcompressoren

Hoog startkoppel (150% overbelasting)Axiale zuigercompressorenRoterende zuigercompressorenExcentrische schroefpompen (controleer startkoppel)ZuigerpompenMengers en mixersSlibontwaterpersenCompressoren (behalve turbocompressoren)VerdringerpompenTandradpompenRotary valves/roterende doseersluizen

Variabel-koppeltoepassingenCentrifugaalpompenBronpompen1

BoosterpompenFiltertoevoerpompenGrondwaterpompen1

HeetwaterpompenVerwarmingspompen (primair en secundair circuit)Naar-waaierpompen (solids)Koelwaterpompen (primair en secundair circuit)BluspompenSlibcirculatiepompenBassin-afvoerpompen1 TurbocompressorenDompelpompen1

SlibsurpluspompenVentilatoren

1Sinusfilter aanbevolen

Noot: Vraag de pompleverancier of motorfabrikant om de koppeltoerenkarakteristiek.

Kopp

el

Fortsetzung nächste Seite

Anwendung mit konstantem Drehmoment in % 1)

Drehkolbengebläse 110

Oberflächenbelüfter 110

Dosierpumpen (Bürgerpumpen) 110

Druckerhöhungspumpen (mehrstufig) 110

Rezirkulationspumpen 110

Seitenkanalverdichter (für die Beckenbelüftung) 110

Verdrängerpumpe (Exenterschnecke für Schlammbeh.) 150

Verdichter 150

Drehkolbenverdichter 150

Axialkolbenverdichter 150

Beschickung von Schlammentwässerungspressen 150

Rührwerke 150

Zahnradpumpen 150

Kolbenpumpen 150

Zahnradschleusen 150

Anwendung mit quadratischem Drehmoment

Tauchmotorpumpen 2)

Unterwasserpumpen 2)

Brunnenpumpen 2)

Grundwasserpumpen 2)

Kreiselpumpen

Heisswasserpumpen

Primär- & Sekundär- Heizungspumpen

Primär- & Sekundär- Kühlwasserpumpen

Druckerhöhungspumpen (Kreiselpumpen)

Regenbeckenentleerungspumpen

Ventilatoren

Überschußschlammpumpen

Filterbeschickungspumpen

Rücklaufschlammpumpen

Kanalradpumpen (feste Stoffe)

DrehzahlabhängigeBelastungscharakteristik

DrehzahlunabhängigeBelastungscharakteristik

Quadratisches DrehmomentKonstantes Drehmoment

Drehzahl

Dre

hmo

men

t

Drehzahl

Dre

hmo

men

t

1) Überlast-Drehmoment in % (110% - normales Anlaufmoment / 150% - hohes Anlaufmoment)2) Wir empfehlen den Einsatz eines Sinusfilters, fragen Sie Sie bitte beim Pumpen-/Motorenhersteller nach.

Toerental

Toerentalafhankelijke belastingskarakteristiek

Variabel koppel

Praktische aspecten van belastingskarakteristieken van werktuigen

Fortsetzung nächste Seite

Anwendung mit konstantem Drehmoment in % 1)

Drehkolbengebläse 110

Oberflächenbelüfter 110

Dosierpumpen (Bürgerpumpen) 110

Druckerhöhungspumpen (mehrstufig) 110

Rezirkulationspumpen 110

Seitenkanalverdichter (für die Beckenbelüftung) 110

Verdrängerpumpe (Exenterschnecke für Schlammbeh.) 150

Verdichter 150

Drehkolbenverdichter 150

Axialkolbenverdichter 150

Beschickung von Schlammentwässerungspressen 150

Rührwerke 150

Zahnradpumpen 150

Kolbenpumpen 150

Zahnradschleusen 150

Anwendung mit quadratischem Drehmoment

Tauchmotorpumpen 2)

Unterwasserpumpen 2)

Brunnenpumpen 2)

Grundwasserpumpen 2)

Kreiselpumpen

Heisswasserpumpen

Primär- & Sekundär- Heizungspumpen

Primär- & Sekundär- Kühlwasserpumpen

Druckerhöhungspumpen (Kreiselpumpen)

Regenbeckenentleerungspumpen

Ventilatoren

Überschußschlammpumpen

Filterbeschickungspumpen

Rücklaufschlammpumpen

Kanalradpumpen (feste Stoffe)

DrehzahlabhängigeBelastungscharakteristik

DrehzahlunabhängigeBelastungscharakteristik

Quadratisches DrehmomentKonstantes Drehmoment

Drehzahl

Dre

hmo

men

t

Drehzahl

Dre

hmo

men

t

1) Überlast-Drehmoment in % (110% - normales Anlaufmoment / 150% - hohes Anlaufmoment)2) Wir empfehlen den Einsatz eines Sinusfilters, fragen Sie Sie bitte beim Pumpen-/Motorenhersteller nach.

Constant koppel

Toerentalonafhankelijke belastingskarakteristiek

Toerental

Kopp

el

43

OntwerpIn situaties waar gebruikers meerdere motoren gelijktijdig willen voeden vanuit één frequentieregelaar (parallel-aansluiting) moet in het ontwerp rekening worden gehouden met de volgende factoren:

De nominale vermogens en de nominale stromen van de motoren moeten opgeteld worden.

Selecteer een geschikte frequentierege-laar op basis van de opgetelde vermogens en stromen.Voor de motorbewaking moet de gebruiker de PTC-thermistors van de afzonderlijke motoren in serie schakelen en de frequentieregelaar kan dit tempera-tuursignaal bewaken. De frequentierege-laar stuurt de aangesloten motoren aan met dezelfde frequentie en spanning.

M

MVFD

M

MVFD

M

M

M

VFDSinus-lter

MM

M

MVFD

M

MVFD

M

M

M

VFDSinus-lter

MM

M

MVFD

M

MVFD

M

M

M

VFDSinus-lter

MM

Bekabeling

Niet aanbevolen bij multimotorbedrijf:Parallelle kabels leiden tot een aanzienlijk grotere capacitieve werking. Om deze reden moeten gebruikers deze aansluitvorm altijd vermijden.

De arbeidsstroom zal dalen aangezien het LC-filter de schakelfrequentie blokkeert. Hierdoor kunnen de motoren parallel worden aangesloten. De motorkabels mogen desnoods over langere afstand parallel lopen.

Aanbevolen voor multimotorbedrijf: verbind de motorkabel door van één motor naar de volgende.

Niet aanbevolen Aanbevolen Aanbevolen

Noot: Aangezien de weerstanden van de PTC-thermistors bij serieschakeling bij elkaar opgeteld worden heeft de thermis-torbewakingsfunctie van de frequentieregelaar geen nut als meer dan twee motoren bewaakt moeten worden.

Praktische aspecten van multimotorbedrijf (speciale toepassing)

De aangesloten motoren functioneren dan hetzelfde als de nominale toerentallen en belastingen gelijk zijn. Aangezien de weerstanden van de PTC-thermistors bij serieschakeling bij elkaar opgeteld worden heeft de thermistorbewakingsfunctie van de frequentieregelaar geen nut als meer dan twee motoren bewaakt moeten worden.

44

Praktische aanbevelingenVanaf bladzijde 21 is uitgebreide informatie opgenomen omtrent radiofrequente interferentie. Het hoofddoel is het realiseren van systemen die stabiel functioneren zonder storingen en interferentie tussen de verschillende componenten. Niettemin komt het voor dat na wijzigingen of toevoegingen van nieuwe componenten gevoelige metingen niet langer mogelijk zijn zonder verstoord te worden en/of verstoringen van het meetsignaal laten zien. Deze valkuilen moeten worden vermeden.Om een hoog niveau van storingsonder-drukking te realiseren wordt aanbevolen om frequentieregelaars te gebruiken met RFI-filters van hoge kwaliteit. Deze zouden moeten voldoen aan de eisen van C1 zoals gespecificeerd in de productnorm EN 61800-3 en daarmee voldoen aan de klasse B limieten van de generieke norm EN 55011.

Aanvullende waarschuwingsaanduidin-gen moeten op de frequentieregelaar worden aangebracht wanneer RFI-filters worden gebruikt die niet overeenkomen met categorie C1, maar met categorie C2 of lager. De verantwoordelijkheid ligt bij de gebruiker.Zoals vermeld op bladzijde 22, in geval van problemen zal de inspectieautoriteit de aanbevelingen voor eliminatie van de storingen altijd baseren op de A1/A2- en B-limieten zoals gedefinieerd in generieke norm EN 55011 uitgaande van de opstellingsplaats. De gebruiker draagt de kosten om EMC-problemen te verhelpen.

De gebruiker is eindverantwoordelijk voor de correcte classificatie van apparatuur volgens deze twee normen.

Vanwege het gebruik van kabels voor het overbrengen van signalen en vermogen kan interferentie door geleiding zich makkelijk verspreiden naar andere delen van het systeem of de installatie als er geen adequate maatregelen worden getroffen. Interferentie die rechtstreeks door het apparaat of de kabel wordt uitgestraald, wordt daarentegen ruimtelijk beperkt. De intensiteit ervan neemt af met elke centimeter afstand vanaf de interferentiebron. Daarom is het installe-ren van de regelaar in een geschikte kast overeenkomstig de EMC-voorschriften meestal voldoende om interferentie door straling te beperken. De systeemoperator moet echter altijd zorgen voor een geschikt filter om geleide interferentie te beperken.

Twee benaderingswijzen voor RFI-filtersIn de praktijk zijn er twee benaderingen voor de implementatie van RFI-filters. Sommige fabrikanten installeren RFI-filters in hun apparatuur als stan-daard, terwijl andere fabrikanten de RFI-filters alleen als opties aanbieden. Ingebouwde filters besparen niet alleen veel ruimte in de schakelkast maar elimineren bijkomende kosten voor montage, bedrading en materialen. Het belangrijkste voordeel is echter de perfecte EMC-conformiteit en de bekabeling van geïntegreerde filters.

Noot: Voor storingsvrij bedrijf van de aandrijving zou altijd een RFI-filter van categorie C1 moeten worden gebruikt.VLT® AQUA Drive-frequentieregelaars zijn standaard voorzien van ingebouwde RFI-filters conform categorie C1 (EN 61800-3) voor gebruik op 400 V voedingen en vermogens tot 90 kW of categorie C2 voor vermogens van 110 tot 630 kW. VLT® AQUA Drive-frequentieregelaars voldoen aan categorie C1 met afgeschermde motorkabels tot 50 m of categorie C2 met afgeschermde motorkabels tot 150 m.

Alle frequentieregelaars zijn breedband interferentiebronnen, hetgeen betekent dat ze verstoringen verspreiden in een breed frequentiegebied. Gebruikers kunnen de hoeveelheid uitgezonden storing met passende maatregelen beperken. Storingsvrij bedrijf kan worden gerealiseerd door gebruik te maken van RFI-filters en netsmoorspoelen. In sommige merken zijn deze componenten

reeds in de frequentieregelaar geïnstalleerd. Bij andere merken moet de ontwerper extra (kostbare) ruimte reserveren in de schakelkasten. Algemene informatie omtrent EMC, laagfrequentie netverstoringen (hogere harmonischen) en radiofrequente interferentie (RFI) is opgenomen vanaf bladzijde 13 in deze handleiding.

De theorie in praktijk brengen

Radiofrequente interferentie

Noot: Frequentieregelaars van goede kwaliteit zijn standaard uitgevoerd met deugdelijke RFI-bescherming en netont- storingsfilters. Deze componenten vormen circa 15 tot 20% van de aanschafprijs van een frequentieregelaar.

Praktische implementatie van EMC-maatregelen

Optionele externe RFI-filters worden voor de frequentieregelaar geïnstalleerd en leiden tot een extra spanningsval. Dit betekent dat de frequentieregelaar niet de volle netspanning aan de ingangs-klemmen ontvangt en waarschijnlijk overgedimensioneerd moet worden. Externe RFI-filters leiden tot extra kosten voor montage, bedrading en materiaal terwijl de EMC-conformiteit niet getest is. Een andere belangrijke factor is de maximaal toegestane lengte voor de motorkabel waarbij de frequentierege-laar nog steeds voldoet aan de EMC-limieten. In de praktijk kan de toege-stane motorkabellengte met deze filters variëren van 1 meter tot 50 meter. In het algemeen vragen langere motorkabels om betere RFI-filters.

45

NetverstoringDe DC-tussenkring beïnvloedt netverstoringVanaf bladzijde 15 is een uitgebreide omschrijving opgenomen van de fun-damentele aspecten van laagfrequente netverstoring door hogere harmonischen en de mogelijkheden om deze verstorin-gen te reduceren. Het toenemend gebruik van gelijkrich-terbelastingen verergert netverstoring. Gelijkrichters nemen niet-sinusvormige stroom op uit het net. Netverstoring door frequentieregelaars wordt voornamelijk veroorzaakt door de condensatoren in de DC-tussenkring vanwege hun pulsvormi-ge laadstromen. De stroom vloeit in korte pulsen rond de toppen in de netspan-ning. Vanwege de hoge stroom daalt de netspanning kort en is de netspanning niet langer sinusvormig. Om de netspan-ning intact te houden is het tegenwoordig noodzakelijk om de vijfde (stroom)har-monische te beperken tot een niveau van circa 40% THD. De eisen zijn geformuleerd in de norm EN 61000-3-12.In toepassingen waar de gebruiker netverstoring moet reduceren tot een THD-niveau dat lager is dan 10% of 5%, kunnen optionele filters en actieve middelen worden gebruikt zodat de netverstoring in de installatie bijna volledig wordt gedempt.

Beperkende maatregelenEr zijn voor gebruikers verschillende opties beschikbaar om de netverstoring te limiteren. Ze kunnen worden verdeeld in passieve en actieve oplossingen en hebben ook praktische verschillen in de methode van project engineering.

Netsmoorspoel De gebruikelijke en minst kostbare methode om netverstoring te reduceren is de installatie van smoorspoelen, in de tussenkring of in de voeding van de frequentieregelaar.Installatie van een netsmoorspoel in de frequentieregelaar zorgt ervoor dat de laadstroom van de tussenkringcondensatoren een minder hoge piekwaarde bereikt, en de laadstroom iets langer zal vloeien. De vervorming van de netspanning zal

aanzienlijk worden gereduceerd. De mate van spanningsvervorming in het net is afhankelijk van de kwaliteit van het voedend net (transformator-impedantie en lijnimpedantie). De getallen in de volgende tabel zijn een indicatie van het aangesloten frequentieregelaarvermogen (of andere driefasengelijkrichters) als percentage van het nominale transformatorvermogen. Wanneer deze maximumwaarden worden overschreden is het raadzaam advies in te winnen bij de fabrikant van de frequentieregelaar.

Naast een reductie van de netverstoring zorgen netsmoorspoelen voor een verlenging van de levensduur van de condensatoren in de DC-tussenkring aangezien ze rustiger worden opgeladen dankzij de beperking van de stroompie-ken. Netsmoorspoelen zorgen er tevens voor dat de frequentieregelaar beter bestand is tegen de belastingen van nettransiënten. Kabeldoorsnede en de nominale waarde van zekeringen of circuitbreaker kan lager zijn dankzij de lagere ingangsstromen. Smoorspoelen leiden tot extra kosten en nemen ruimte in.

Opmerking: Een DC-smoorspoel is standaard geïntegreerd in alle VLT® AQUA Drive-frequentieregelaars. Dit verlaagt de THDi van 80% naar 40%, waarmee wordt voldaan aan de eis van EN 61000-3-12. Het effect is vergelijkbaar met een driefase AC-netsmoorspoel (UK 4%). Er is geen spanningsval die door de frequentie-regelaar gecompenseerd moet worden; de volledige netspanning (400 V) is beschikbaar voor de motor.

Maximaal 20% frequentieregelaarbelasting op een transformator in geval van frequentieregelaars zonder filtering, hetgeen betekent zonder

smoorspoel of een kleine smoorspoel (bv. UK 2%)

Maximaal 40% frequentieregelaarbelasting op een transformator in geval van frequentieregelaars met filtering, hetgeen een smoorspoel

betekent met UK van minstens 4%

Bovenstaande maximale belastingwaarden zijn aanbevolen richtwaarden, gebaseerd op

praktijkervaring, die storingsvrij bedrijf van de installatie mogelijk maken.

46

Gelijkrichters met 12, 18 of 24 puls gelijkrichtingIn de praktijk worden frequentieregelaars met gelijkrichters met een hoger puls- getal voornamelijk toegepast bij hogere vermogens.Voor de juiste werking van dit principe zijn speciale transformatoren nodig.

Passieve filtersPassieve harmonischenfilters, bestaand uit LC-kringen, kunnen in alle situaties worden toegepast. Deze filters hebben een hoog rendement, normaliter 98,5% of hoger. Deze filters zijn bijzonder robuust en, met uitzondering van eventuele koelventilatoren, meestal onderhoudsvrij. Het volgende punt moet beoordeeld worden bij de toepassing van passieve filters. Wanneer deze filters ingeschakeld blijven zonder belasting, fungeren ze als een capacitieve vermogensbron vanwege de rondgaande stroom in het filter. Afhankelijk van de specifieke toepassing kan het nuttig zijn een groep filters toe te passen die naar behoefte individueel ingeschakeld en uitgeschakeld kan worden.

Actieve filters, “active front end” en “low harmonic drives”Een innovatieve aanpak, gebaseerd op verbeterde halfgeleiders en moderne microprocessortechnologie, is het gebruik van actieve elektronische filters. Deze systemen meten de netkwaliteit continu en gebruiken een actieve stroombron om specifieke stroompatronen in het net te injecteren. Het nettoresultaat is een sinusvormige stroom.In vergelijking met de eerder beschreven filters is de opbouw van deze nieuwe generatie filters complex vanwege de benodigde hogeresolutiedata-acquisitie en de hoeveelheid rekenkracht van de aansturing.

Het is niet mogelijk om een algemene aanbeveling te doen voor de hier genoemde filtertechnieken. Het is wel van belang gedurende de ontwerp- en engineeringssfase de juiste beslissingen te nemen om een systeem te realiseren met hoge beschikbaarheid, geringe netverstoring en geringe radiofrequente interferentie. De volgende factoren moeten in ieder geval zorgvuldig worden

Noot: Bij toepassing van de actieve filtertechnieken bestaat het risico het doel volledig voorbij te schieten, aangezien deze technieken in principe nieuwe verstoringen kunnen creëren in het frequentiebereik boven 2 kHz (zoals beschreven op pag. 18 e.v.)

Een low harmonic drive is een frequentieregelaar met een ingebouwd actief filter aan de netzijde.

Praktische implementatie van EMC-maatregelen

geanalyseerd alvorens beslissingen te nemen omtrent de toe te passen filtertechnieken:

- Netanalyse- Exact overzicht van de netopbouw- Ruimtebeperkingen in beschikbare

elektrische ruimten- Opties en mogelijkheden in de

energieverdeling of onderverdelingen.

47

AC/DC-reststroombeveiligingen, aardlekbeveiligingenType B RCD’s hebben twee afzonderlijke bewakingscircuits: één voor zuivere DC en één voor lekstromen met een AC-compo-nent. Deze apparaten worden internatio-naal omschreven als residual current circuit breakers (RCCB’s). De algemene term is “residual current operated device” (RCD) zoals gedefinieerd in EN 61008-1, oftewel reststroombeveiliging of aardlek-beveiliging.

Bij gebruik van apparatuur in een beschermd gebied die in geval van een defect een DC-stroom kan veroorzaken moeten RCD’s worden toegepast die gevoelig zijn voor zowel DC- als AC-stroom. Dit geldt voor alle elektrische apparatuur met een B6-gelijkrichterbrug (zoals frequentieregelaars) die zijn verbonden met een driefasenvoeding.Dit type RCD wordt een “type B” RCD genoemd in overeenstemming met IEC 60755. Vanwege het werkingsprincipe veroorzaken frequentieregelaars aard- lekstromen die de engineer moet

beoordelen bij de selectie van de reststroombewaking. Vraag de fabrikant van de frequentieregelaar welk type RCD wordt aanbevolen in uw toepassing.Het RCD moet direct tussen het voedend net en de gelijkrichter worden geïnstal-leerd. Integratie in een gelaagde hiërarchi-sche structuur met andere RCD’s is niet toegestaan.

LekstroomniveauHet lekstroomniveau hangt af van diverse factoren. In het algemeen geldt dat lekstromen hoger zijn in frequentierege-laars en motoren met hogere vermogens. Een frequentieregelaar met een vermo-gen van 1,5 kW met een korte motorkabel (ongeveer 2 m) zonder ontstoringsmaat-regelen zal een lekstroom van ongeveer 4 mA hebben. Wanneer ontstoring volgens klasse B is vereist, zal de lekstroom bij dezelfde configuratie toenemen tot ongeveer 22 mA. Een frequentieregelaar van 20 kW met ontstoring volgens klasse B en een korte,

FI-RCD

Belasting

M

A n

L1

W1

L2L3

PE

W2

T

N 2 4 6

n

E

N

N

1 3 5Type B RCD’s hebben twee afzonderlijke bewakingscircuits: één voor zuivere DC en één voor lekstromen met een AC-component.

Praktische aspecten van RCD, residual current devices

afgeschermde motorkabel zal een lekstroom van ongeveer 70 mA hebben. Met betrekking tot de motorkabel kunnen gebruikers uitgaan van een stroom van 0,5 tot 2 mA per meter motorkabellengte. Kabels met aderparen geven lagere waarden dan eenaderige kabels.

48

Maatregelen voor aarding in de praktijkAardingsmaatregelen worden in detail omschreven in de sectie “Motoren en kabels” in Stap 3 (pag. 31 e.v.).Als de toepassing het gebruik van externe filters noodzakelijk maakt moeten deze zo dicht mogelijk bij de frequentieregelaar worden geplaatst. De kabel tussen het filter en de apparatuur moet een afge-schermde kabel zijn en het filter moet aan de netzijde en apparatuurzijde worden geaard. Het wordt ook aanbevolen filters verzonken te installeren en een verbin-ding met lage impedantie te maken tussen de filterbehuizing en aarde.

Filters veroorzaken lekstromen die aanzienlijk hoger kunnen zijn dan de nominale waarde in geval van een defect (fase-uitval of asymmetrische belasting). Om gevaarlijke spanningen te voorkomen

moeten filters worden geaard voordat de spanning wordt ingeschakeld. Neem de volgende maatregelen, in overeen-stemming met EN 50178 of EN 60335, vanwege lekstromen boven 3,5 mA: de doorsnede van de PE-geleider moet minstens 10 mm² zijn;of de PE-geleider moet worden bewaakt op onderbreking, oftewel is er continuïteit naar aarde;of een tweede PE moet als aanvulling worden geïnstalleerd. De lekstromen die hier worden genoemd zijn hoogfrequente signalen. Dit vereist aarding door middel van verbindingen met lage impedantie en een groot oppervlak. De verbinding naar de aardpotentiaal moet zo kort mogelijk zijn.

Motorbeveiliging en motor PTC thermistorFrequentieregelaars beschermen de motor tegen te hoge stroom. Thermistors of andere temperatuurbewaking (bv. klixons) in de motorwikkelingen kunnen worden gebruikt voor de beste motorbe-veiliging. Het signaal kan worden bewaakt via een geschikte signaalingang van de frequentieregelaar. Thermistors die aan DIN 44081 of DIN 44082 voldoen, zijn ontworpen om een weerstand te hebben binnen een bepaald bereik bij de nominale reactietemperatuur (RRT) (RRT – 5 °C < 550 Ω; RRT + 5 °C > 1330 Ω). Veel frequentieregelaars beschikken over functies om dergelijke thermistors te bewaken. Indien de motoren in explosiegevaarlijke omgevin-gen worden bediend, is thermistorbewa-king enkel toegestaan met gecertificeerde uitschakelapparaten (zie pag. 30).

De beschermingsfunctie van gewone motorbeveiligingsschakelaars is beperkt tot motoren in netbedrijf. In elektrische systemen met frequentieregelaars kunnen motorbeveiligingsschakelaars alleen motorbescherming bieden in noodgeval-len waarbij de frequentieregelaar is overbrugd met een geschikte bypass-schakeling. De beveiligingsfunctie van een motorbeveiligingsschakelaar is niet effectief bij frequentieregelaarbedrijf. Bij juiste dimensionering kan de motorbevei-ligingsschakelaar enig nut hebben voor de bescherming van de voedende kabel naar de frequentieregelaar.

Noot: De beste voorzieningen voor bestrijding van netverstoring en radiofrequente interferentie zullen geen effect hebben als de implementatie niet volgens de algemene EMC-principes wordt gedaan. In een dergelijke situatie kunnen ondanks de voorzieningen alsnog storingen ontstaan.

Opmerking: Veel frequentieregelaars hebben een extra functie genaamd „thermisch motorbeeld“. De motortempera-tuur wordt berekend vanuit de motorgege-vens en het vermogen dat aan de motor wordt toegevoerd. Deze functie wordt vaak conservatief uitgevoerd en spreekt soms eerder aan dan absoluut noodzakelijk. De werkelijke omgevingstemperatuur bij de start van de berekening wordt normaliter niet meegerekend. Deze functie kan echter een eenvoudige basisbescherming bieden wanneer geen andere motorbeveiliging beschikbaar is.

Noot: In geval van een VLT® AQUA Drive zijn klemmen 50 en 54 normaal gezien bestemd om thermistors aan te sluiten. Deze poort is geschikt voor motortemperatuurbewaking door middel van drie tot zes PTC-kraal- thermistors (standaardconfiguratie: drie kralen per motor).

Praktische aspecten van aarding en motorbeveiliging

49

De basistechniek van alle frequentieregelaars is in essentie hetzelfde, dus gebruiksgemak is een onderscheidende factor. Veel functies, evenals integratie in machines of systeem, vragen om een eenvoudig bedieningsconcept. Het moet voldoen aan alle eisen voor eenvoudige en betrouwbare programmering en installatie.Bedieningsopties variëren van een eenvoudig, goedkoop numeriek display tot een buitengewoon gebruiksvriendelijk bedieningspaneel met weergave in duidelijke tekst. Het eenvoudige bedieningspaneel is afdoende voor het weergeven of controleren van basisgegevens, zoals stroom of spanning.

Het uitgebreide bedieningspaneel maakt de weergave van aanvullende gegevens mogelijk en kan gelijktijdig meerdere gegevens weergeven.

Eenvoudig bedieningsconcept

Grafische bedieningspanelen bieden extra gebruiksgemak en kunnen gegevens in duidelijke tekst weergeven.

Duidelijke groepering van functies en eenvoudige handbediening zijn ook aanwezig, evenals de mogelijkheid de frequentieregelaar via software aan te sturen, zoals via veldbus, of op afstand via een modem of via internet.Een moderne frequentieregelaar zou alle onderstaande mogelijkheden moeten combineren in één apparaat of mogelijk moeten maken. Overschakeling tussen handbediening en afstandssturing moet altijd mogelijk zijn.

Dit bedieningspaneel heeft in 2004 de internationale iF Design Award voor gebruiksvriendelijkheid gewonnen. Het LCP 102-bedieningspaneel werd geselecteerd uit 1000 inzendingen afkomstig uit 34 landen in de categorie “mens-machine en communicatie-interfaces”.

Praktische aspecten van bediening en gegevensweergave

Eenvoudige inbedrijfstellingFuncties zoals Danfoss Smart Start maken de inbedrijfstelling van frequentieregelaars een stuk eenvoudiger. Hierbij wordt de gebruiker door de basisinstel-lingen voor de regelaar geleid.

50

Noot: Controleer of de beoogde frequentie-regelaars een effectief bedieningsconcept heeft. Een ontwerp met het grootst mogelijke bedieningsgemak voor parame-trering biedt extra voordelen aangezien de functionaliteit van een frequentieregelaar nu niet meer de enige belangrijke factor is. Snelle, eenvoudige bediening, bij voorkeur intuïtief, is eveneens van belang. Dit is de enige benadering waardoor de gebruikers van de frequentieregelaars snel bekend kunnen raken met werking en bediening van de frequentieregelaars en zodoende tijd en geld besparen.

Bedieningspaneel in de kastdeurIn veel installaties waar frequentierege-laars in schakelkasten zijn geplaatst, zou het verstandig zijn om het bedieningspa-neel in de deur van de schakelkast te integreren voor procesvisualisatie. Dit is uitsluitend mogelijk voor frequentierege-laars met afneembare bedieningspanelen. Wanneer het bedieningspaneel wordt geïntegreerd in de deur van de schakel-kast met behulp van een montageframe kan de frequentieregelaar worden bediend en de bedrijfstoestand en procesgegevens worden uitgelezen zonder de deur van de schakelkast te openen.

Lokale bedieningDe basisvereiste is de mogelijkheid voor lokale bediening met een lokaal bedie-ningspaneel. Ook in het tijdperk van netwerkcommunicatie zijn er vele taken die de mogelijkheid van lokale bediening vereisen, zoals inbedrijfstelling, testen, procesoptimalisatie en onderhoudstaken.

In elk van de genoemde situaties moet de gebruiker of technicus lokale waarden veranderen om de gewenste wijzigingen direct door te voren of aanverwante taken uit te voeren, zoals foutanalyse. Voor dit doel moet het bedieningspaneel een eenvoudige en intuïtieve mens-machine interface bieden.

Duidelijk displayEen grafisch display is de ideale oplossing aangezien de gebruiker de gewenste taal kan instellen en het paneel meerdere belangrijke gegevens van de specifieke toepassing gelijktijdig kan weergeven.

Om overzicht te bewaren, moet de weergave beperkt kunnen worden tot essentiële gegevens en het moet mogelijk zijn deze weergave op ieder moment desgewenst aan te passen. Het kan ook belangrijk zijn om bepaalde functies te blokkeren of te verbergen, afhankelijk van het kennisniveau van de gebruiker, en weergave van parameters of de mogelijk-heden voor wijziging te beperken tot de specifieke parameters die in een bepaalde toepassing relevant zijn.

Vanwege het grote aantal functies in moderne frequentieregelaars, en de honderden parameters die voor optimale instelling aanwezig zijn, wordt door het aanpassen of verbergen van weergegeven parameters de kans op gebruikersfouten verminderd en ongewenste stilstandtijd voorkomen. In aanvulling zou het bedieningspaneel een ingebouwde “help”-functie moeten hebben voor de specifieke functie of parameter die op een gegeven moment actief is, zodat een inbedrijfsteller of onderhoudstechnicus op elk moment ondersteuning heeft. Vooral bij weinig gebruikte parameters worden met de “help”-functie ook hier fouten voorkomen.

Voor optimaal gebruik van geïntegreerde diagnosefuncties is het behulpzaam om gemeten waarden in grafiekvorm (“scope functie”) weer te kunnen geven als aanvulling op de reguliere alfanumerieke weergave. In veel gevallen vereenvoudigt deze weergave van bijvoorbeeld de vorm van aanloopcurves of koppelgrafieken het foutzoeken of optimaliseren in een toepassing.

Uniform conceptIn drinkwater- en afvalwaterinstallaties wordt een groot aantal frequentierege-laars gebruikt in een grote verscheiden-heid aan toepassingen. De frequentiere-gelaars, veelal van dezelfde fabrikant, verschillen voornamelijk in vermogen en daarmee in afmetingen en uiterlijk. Een uniforme operatorinterface voor de frequentieregelaars met hetzelfde bedieningspaneel voor de gehele vermogensrange biedt voordelen voor engineers en gebruikers op een locatie.

Het basisprincipe is dat vereenvoudiging van de gebruikersinterface inbedrijfstel-ling en foutzoeken (indien nodig) sneller en effectiever zal maken. Om die reden hebben bedieningspanelen met het “plug and play”-concept hun meerwaarde in de praktijk bewezen.

Praktische aspecten van bediening en gegevensweergave

Parameters van de frequentieregelaars kunnen ook met gesloten kastdeur worden uitgelezen en ingesteld.

51

Extra optiesAls aanvulling op het bedieningspaneel ondersteunen moderne frequentierege-laars meestal ook de parameterconfigura-tie en -uitlezing via een pc-programma. Deze software draait meestal op Windows en ondersteunt verschillende communica-tie-interfaces. Datacommunicatie is moge-lijk over een traditionele RS 485-interface, veldbus (Profibus DPV1, Ethernet enz.) of een USB-interface.

Opmerking: MCT 10-software is een Windows-gebaseerd engineering tool voor eenvoudige engineering, parameter-configuratie en programmering van VLT® AQUA Drive units.

Als aanvulling op parameterconfiguratie, maakt pc-software voor frequentieregelaars het voor

gebruikers mogelijk om procesgegevens te verzamelen en op te slaan en systemen te beheren.

Praktische aspecten van configuratie en parameterbeheer met een pc

Een duidelijk gestructureerde gebruikers-interface biedt een snel overzicht van alle drives in een systeem. Goede software biedt ook de mogelijkheid om grotere systemen met veel frequentieregelaars te beheren. Parameterconfiguratie is zowel online als offline mogelijk. De mogelijk-heid tot integratie van andere documen-ten maakt de software nog waardevoller. Dit maakt het mogelijk om elektrische schema’s en bedieningshandleidingen vanuit de software te benaderen.

52

BussystemenModerne frequentieregelaars zijn intelligent en in staat om meerdere taken uit te voeren in een aandrijfsysteem. Desondanks blijft de gegevensuitwisseling met het procesbesturingssysteem of de PLC meestal beperkt tot slechts vier datapunten en fungeren de frequentieregelaars uitsluitend als toerenregelaars. Dit betekent dat gebruikers weinig gebruik maken van de vele aanwezige functies en geen toegang hebben tot de gegevens die in de frequentieregelaar opgeslagen zijn. Met een veldbus, zoals Profibus, is het voor gebruikers eenvoudig om het volledige potentieel van een frequentieregelaar te benutten en te integreren in een procesbesturingssysteem. Via één hardwarepunt heeft de gebruiker volledige toegang tot alle parameters van de geïnstalleerde frequentieregelaars. Bekabeling en inbedrijfstelling zijn eenvoudig waardoor vanaf de installatiefase kostenbesparing kan worden gerealiseerd. Er is een grote hoeveelheid gegevens voor een effectief beheer van de installatie beschikbaar. Door collectieve foutmeldingen te decoderen kunnen fouten zelfs van op afstand worden vastgesteld en kunnen de juiste correctieve acties worden opgestart.

Beter alarmmanagementGedetailleerde omschrijvingen van alarmberichten vereenvoudigen het vaststellen van de foutoorzaak. Met behulp van deze functionaliteit wordt besturing en bewaking op afstand effectief ondersteund. Onderhoud op afstand via modem of internet maakt het mogelijk om statusmeldingen of foutboodschappen snel weer te geven, ook voor afgelegen locaties.

Beter installatiebeheerDe operator in de bedieningsruimte of centrale wacht kan via veldbus alle frequentieregelaars op afstand bewaken en op afstand instellen. Statusinformatie, zoals uitgangsfrequentie of opgenomen vermogen kan op elk moment worden uitgelezen en verwerkt. Via veldbus is het mogelijk om zonder aanvullende componenten effectief energiebeheer en piekbewaking uit te voeren.

Lagere installatiekostenBij gebruik van veldbus is het niet noodzakelijk om iedere frequentieregelaar uit te voeren met een bedieningspaneel. De gebruiker of operator kan alle relevan-te gegevens benaderen via het proces-besturingssysteem. De aansluiting vindt plaats via een tweedraadsverbinding. Vrije ingangen en uitgangen van een frequentieregelaar kunnen als I/O-poor-ten worden gebruikt voor het procesbe-sturingssysteem voor aansluiting van

Opmerking: De RGO 100 (Remote Guardian Option) zet nieuwe normen op het gebied van bewaking op afstand, onderhoud en alarmafhandeling in één of meerdere locaties. Ondersteuning wordt geboden om de volgende acties op afstand mogelijk te maken: bediening, onderhoud, alarmafhandeling, systeem-configuratie en systeembewaking.

Praktische aspecten van datacommunicatie

andere componenten zoals sensoren, filters en niveauschakelaars.In de PLC of procesbesturing zijn minder in- en uitgangen benodigd aangezien een enkel hardwarepunt voldoende is voor de besturing van de frequentieregelaar.Bewakingsfuncties zoals motorthermistor-bewaking, droogloopdetectie, kWh-teller en bedrijfsurenteller zijn beschikbaar zonder extra componenten.

Eenvoudigere inbedrijfstellingConfiguratie van de parameters is mogelijk vanaf een centrale locatie, zoals de centrale wacht. Alle instellingen kunnen desgewenst snel en eenvoudig worden gekopieerd van één frequentieregelaar naar de volgende. Het is tevens mogelijk een kopie van de instellingen op te slaan in het bedieningspaneel. Ontwerpers en inbedrijfstellingspersoneel kunnen de instellingen met één druk op de knop documenteren.

53

VLT® AQUA Drive

Referentie-schaling

Motor-regelaar

Toepassing

Proces

Regelaar

PID

Terug-koppeling

Blokdiagram PID-procesregelaar

OpslagNet als alle elektronische apparatuur moeten frequentieregelaars worden opgeslagen op een droge plaats. De betreffende specificaties van de fabrikant moeten worden nageleefd. Sommige fabrikanten vermelden dat het apparaat regelmatig moet worden geformeerd. Daartoe moet de gebruiker het apparaat gedurende een bepaalde periode aan een

vooropgestelde spanning blootstellen. Dit formeren is noodzakelijk vanwege de veroudering van de condensators in de DC-tussenkring van het apparaat. De verouderingsgraad hangt af van de kwaliteit van de condensators die in het apparaat worden gebruikt. Formeren gaat het verouderingsproces tegen.

Opmerking: Vanwege de kwaliteit en eigenschappen van de toegepaste condensatoren en het ordergestuurde productieproces is deze procedure niet van toepassing bij VLT® AQUA Drive- frequentieregelaars.

Praktische aspecten van aanvullende selectiefactoren

ProcesregelaarModerne frequentieregelaars zijn intelligente regelaars. Ze kunnen taken en functies verrichten die traditioneel door PLC’s worden uitgevoerd. De geïmple-menteerde procesregelaars kunnen ook worden gebruikt om onafhankelijke en uiterst precieze regelkringen te bouwen.

Deze functie is vooral praktisch voor aanpassingen in installaties zonder PLC of met onvoldoende PLC-capaciteit. Mits voldoende vermogen beschikbaar is, kunnen actieve procesopnemers (transmitters voor debiet, druk of niveau) worden gevoed vanuit de 24 V DC hulpspanning van de frequentieregelaar.

OnderhoudBijna alle frequentieregelaars zijn nagenoeg onderhoudsvrij. High Power-frequentieregelaars hebben ingebouwde stoffilters die periodiek door de gebruiker moeten worden gereinigd, afhankelijk van de blootstelling aan stof.

Opmerking: Danfoss VLT®-frequentie-regelaars t/m 90 kW zijn onderhoudsvrij. Modellen vanaf 110 kW hebben geïnte-greerde filtermatten in de koelventilato-ren. Deze moeten regelmatig worden gecontroleerd en zonodig worden gereinigd.

Veel fabrikanten van frequentieregelaars hanteren voorgeschreven onderhoudsin-tervallen voor de koelventilatoren (circa 3 jaar) en condensatoren (circa 5 jaar).

54

Danfoss® AQUA Drives zijn speciaal ontworpen voor gebruik in drinkwater- en afvalwaterinstallaties. In tegenstelling tot veel andere fabricaten zijn veel belangrijke componenten en functies standaard aanwezig.

• Volledige voedingsspanning beschik-baar op de uitgang

• Lange motorkabels mogen aangesloten worden (150 m afgeschermd of 300 m onafgeschermd)

• Gedimensioneerd voor lange levensduur

• Ingebouwd RFI-filter voldoet aan EN 61800-3 categorie C1 (Class B limieten volgens EN 55011)

• Ingebouwde DC-smoorspoelen voor verminderde netverstoring (UK 4%)

• PTC-thermistorbewaking• AEO-functie voor extra

energiebesparing

• Thermisch motorbeeld geïntegreerd in de frequentieregelaar als softwaremati-ge motorbeveiliging die rekening houdt met verminderde motorventilatie bij lage toerentallen (deze functie kan niet gelijktijdig werken met thermistor-bewaking)

• RS 485 seriële interface• USB-interface• Real time clock• Droogloopbescherming voor pompen• Opbrengstbewaking (no-flow detectie) • Pompomschakeling op basis van

draaiuren• Slijtage beperkende pompstart• Leidingvulfunctie om sterke drukgolven

te voorkomen (hammering)• Optioneel geïntegreerde Profibus-

interface (eveneens met externe 24 V DC voeding)

• Geïntegreerde cascaderegelaar voor drie pompen

• Optionele basis of geavanceerde cascaderegelaar

• Optioneel sensorloze pompregelaar• Optionele actieve en passieve netfilters

voor extra reductie van harmonischen• Optioneel sinusfilter en du/dt-filter

voor alle vermogens• VLT® AQUA Drive in low harmonic

drive-uitvoering

Uw Danfoss-contactpersoon kan u desgewenst van nadere informatie voorzien. De Danfoss Drives-website omvat uitgebreide informatie en product-documentatie die eenvoudig gedownload kan worden.

drives.danfoss.com

VLT® AQUA Drive-frequentieregelaars zijn leverbaar

met vermogens van 0,37 kW tot 1,4 MW en nominale spanning

van 400 V of 690 V. VLT ® Low Harmonic Drive-

uitvoeringen zijn leverbaar voor gereduceerde netverstoring.

VLT® AQUA Drive

55

CE-markering

Het CE (Communauté européenne)-merk is bedoeld om technische barrières te elimineren en vrije handel mogelijk te maken tussen de lidstaten van de Europese Economische Ruimte (EER) bestaande uit de EU en de EFTA (m.u.v. Zwitserland). Het CE-merk geeft aan dat

de fabrikant van het product voldoet aan alle toepasselijke Richtlijnen die zijn omgezet in nationale wetgeving. Het CE-merk geeft geen indicatie omtrent de kwaliteit van het product. Het is niet mogelijk om technische specificaties af te leiden uit de CE-markering. De richtlijnen

die van toepassing zijn op frequentieregelaars zijn de Machinerichtlijn, de EMC-richtlijn en de laagspanningsrichtlijn.

MachinerichtlijnToepassing van de Machinerichtlijn 2006/42/EG is verplicht vanaf 29 decem-ber 2009. Machinerichtlijn 98/37/EG werd op dat moment ingetrokken. De definitie van een machine is een samenstelling of verbinding van meerdere componenten of apparaten, waarvan er minstens één kan bewegen. Een machine, volgens definitie van de richtlijn, moet zodanig zijn ontworpen en vormgegeven dat de

veiligheid en gezondheid van mensen, en waar van toepassing huisdieren, niet in gevaar mag komen zolang de machine correct wordt geïnstalleerd, onderhouden en voor het beoogde doel wordt gebruikt. Frequentieregelaars zijn geclassificeerd als elektronische componenten en vallen daardoor niet onder de Machinerichtlijn. Wanneer een machinebouwer frequentie-regelaars toepast in machines, stelt de

EMC-richtlijnDe EMC-richtlijn 2004/108/EG is vanaf 20 juli 2007 van kracht. De kernboodschap is dat apparaten die elektromagnetische interferentie kunnen genereren, of waarvan de werking door dergelijke verstoring kan verslechteren, zodanig zijn ontworpen dat de opwekking van elektromagnetische interferentie wordt beperkt. Voor telecommunicatie- en radio-apparatuur, evenals andere apparaten,

geldt dat ze voldoende immuniteit voor elektromagnetische verstoring moeten aantonen wanneer ze voor het beoogde doel worden gebruikt, op een zodanige manier dat het beoogd gebruik mogelijk is. Aangezien frequentieregelaars niet afzonderlijk worden toegepast en niet breed verkrijgbaar zijn, is het niet noodzakelijk om conformiteit aan de EMC-richtlijn vast te leggen door middel

van een CE-markering of een EG-confor-miteitsverklaring. Desalniettemin hebben Danfoss-frequentieregelaars de CE-marke-ring als aanduiding van de conformiteit aan de EMC-richtlijn. Een conformiteits-verklaring is beschikbaar.

LaagspanningsrichtlijnDe Laagspanningsrichtlijn 73/23/EEG is geldig vanaf 11 juni 1979; de overgangs-periode eindigde op 31 december 1996. De kernboodschap is dat elektrische apparatuur voor gebruik op een nominale spanning van 50 tot 1000 V AC of 75 tot 1600 V DC zodanig moet zijn ontworpen dat de veiligheid en gezondheid van mens, en dier en instandhouding van materialen niet in gevaar komt zolang de apparatuur correct wordt geïnstalleerd en

onderhouden en op de beoogde wijze wordt gebruikt. Aangezien frequentiere-gelaars worden beschouwd als elektrische apparatuur in het gespecificeerde spanningsbereik, vallen ze onder de laagspanningsrichtlijn en moeten alle eenheden die vanaf 1 januari 1997 zijn geproduceerd, zijn voorzien van een CE-markering.

machinebouwer een “Manufacturer’s Declaration” (fabrikantenverklaring) op waarin wordt verklaard dat de machine voldoet aan de toepasselijke regelgeving en veiligheidsvoorzieningen.

Noot: Fabrikanten van machines of systemen moeten zekerstellen dat de toegepaste frequentieregelaars een CE-markering hebben. Op verzoek moet een EG-conformiteitsverklaring kunnen worden verstrekt.

EU Richtlijnen voor frequentieregelaars

56

AAandrijfsysteem 8Aangesloten belasting 8Aansluitvoorwaarden 15Aarding 38, 48Aardleidinggeleider 12Aardlus 38Aardverbinding 38Actieve filters 17, 18, 20, 46Active front end 17, 19, 20, 46Afscherming 39Afschermingsmaatregelen 39Afvoerkosten 10Agressieve omgeving/gassen 28Air flow 27, 29Airconditioning 27Algemene norm 21Ammoniak 28Amplitude 15Arbeidsfactor 17, 19, 23Asymmetrische belasting 24ATEX 30Automatische energieoptimalisatie (AEO) 9, 54

BBack-uppowersystemen 24Bedieningspaneel 49, 50Bedrijf met gedeeltelijke belasting 8, 9Bedrijfskosten 8, 10Bedrijfsomgeving (EMC) 21, 22, 25Bedrijfspunt 8Belastingkarakteristiek 42Belastingsasymmetrie 24Belastingsschok 8Beschermingsklasse 30Beschermingsklassen 25, 26Beschikbaarheid 8, 16Blikseminslag 3Blindstroom 9, 35Blindvermogen 24Bussysteem 52

CCapaciteitsverhoging 8Capacitieve koppeling 14CE-markering 55Centrale compensatie 18Chloor 28Common mode filter 36Compensatiestroom 18Condensatie 27Condensator 17

Conductieve koppeling 14Configuratie 51Constante karakteristieke curve 41, 42Corrosie 28Cos φ 23

DDC-spanning 17, 20 DC-tussenkring 17, 19, 23, 27, 45 DC-tussenkringspanning 34, 37Debiet 8Draaitijd, pomp 10Driefase-inductiemotoren (TPIM) 33Druk 8dU/dt-filter 20, 35, 36, 37

EEC-motors 33, 34Efficiëntieklassen 31, 41Elektromagnetische golven 14Emax-controle 8EMC 12, 13, 14, 21, 25, 38, 44EMC-kabelwartels 37EMC-karakteristieken 12EMC-richtlijn 55Energiebesparing 8Energiekosten 10Energierendement 7Energieverbruik 9Energieverdeling 15Environment (1 of 2) 21, 22, 23, 24, 39Explosiegevaarlijke gebieden (ATEX) 30

FFaseverschuiving 23Fourier-analyse 15

GGeaarde nul 12Gecoate printplaten 28Gegevensuitwisseling 51Gegevensweergave 49, 50Geleider 37, 38, 43Gelijkrichter 15, 17, 24, 46Generator 24Goed contact 38Golflengte 14Groepscompensatie 18

Index

57

HHarmonische belasting 24Harmonische stroom 16, 18Harmonische vervorming 15, 17, 18Harmonischen 14Harmonischen berekening 16, 24Harmonischenfilter 16, 17, 42, 43Huishoudelijke omgeving 22, 24

IIE-klassen 31IEC-normmaten 32Inbedrijfstellingskosten 10Individuele aarding 12Individuele compensatie 18Inductieve koppeling 14Industrieel net 15Industriële omgeving 22, 24Ingangsgelijkrichter 15Initiële investeringskosten 10Installatieaarding 38Installatiebediener 15Installatiekosten 10Installatieontwerper 7Installatievoorwaarden 25Interferentie-emissie 13Interferentie-immuniteit 13, 2Interferentiebron 14Interferentiedoorgifte 12Interferentieniveau 21Interferentieslachtoffer 14Interferentievelden 14IP-ratings 26Isolatiebelasting 33IT-netsysteem 12

KKabelwartels (gewoon en EMC) 39Karakteristieke curves 15Kastmontage (centrale montage) 25Kastverwarming 27Klepregeling 10Klimatische omstandigheden 27Koeling 27, 29Koellichaam 29Koppeling door straling 14Koppelkarakteristiek 8, 41, 42Koppelmechanisme 14Kortsluiting 21Kostenfactor 10Kwaliteit 7

LLaagspanningsnet 24Laagspanningsrichtlijn 55Lagerbelasting 35Lagerstroom 35LC-filter, schakelingen 34, 46Leidingsysteem 8Lekstroom 47, 48Levensduur 8, 27, 29, 42Life cycle cost (LCC) 7, 10Lineaire karakteristiek 41, 42Low Harmonic Drive (LHD) 17, 19, 46

MMachinerichtlijn 55Magnetisch veld 14Materiaalslijtage 8Milieukosten 10Minimum efficiency performance Montageafstand 27Motorisolatie 36, 37Motorkabel 35, 36, 37, 39, 40Motorlager 33, 36Motorrendement 31Multimotorbedrijf 41

NNetanalyse 16, 24Netberekening 16, 46Netfilter 21Netimpedantie 24Netkwaliteit 15, 16, 17Netsmoorspoel 44, 45Netsysteem 8, 12, 15, 23Nettransiënten 17, 23, 24Nettype 12Netverstoring 15, 16-20, 44Netzekering / circuitbreaker 44Niet-lineaire karakteristiek 42Niet-sinusvormige stromen 15Nominale motorstroom 8, 41Nulleider, afzonderlijk/gecombineerd 12

OOmgevingsomstandigheden 7, 25Omgevingstemperatuur 27Onderhoud 53Onderhoudskosten 7, 10Onderspanningsverliezen 16Ontwerpchecklist 6, 62Openbaar net 15Overbelastingscapaciteit 41Oversynchroon bereik 8Ozon 28

58

PPaneelmontageset 50Parallel bedrijf 41Passieve filters 17, 20, 46Permanentmagneetmotoren (PM/ PMSM) 33, 34Piekstromen 8PLC 53Pompsystemen 10Potentiële energiebesparing 8, 9Procesregelaar 53Productnorm 21Projectengineering 7Proportionaliteitsregels 9Provisiekosten 8PTB-goedkeuring 30PTC-thermistor 30, 43, 48, 54

RRadiofrequente interferentie 21, 22, 44RCD 47Reductie/Derating 13, 42Regelgebied 8Regelkamer 27Regelkring 53Relatieve vochtigheid 27Reparatiekosten 8Resonantie 24Reststroomapparaat 47Retrofit 8, 36RFI 21, 36, 44RFI-filter 21, 42Richtlijnen 15, 55RMS-waarde 16

SSchijnbaar vermogen 16Sinusfilter 30, 36Sinusvervorming 15Sinusvormige spanning 15Smoorklep 9, 10Smoorspoelen 17, 23, 24, 37, 45Spanningsschommelingen 8Spanningsval 36, 37, 41

Speciale omgeving 22Staggered wikkelingen 24standards (MEPS) 31, 32Startstroomlimitering 8Stikstof 28Stilstandkosten 10Stoffilters 29Stofrijke omgeving 29Straling 39Stromingsmachine 9, 41StroomspectrumStroomverbruik 15

TTerugverdientijd 8THD (total harmonic distortion) 15, 17, 18, 20, 45Thermische belasting 35TN-netsysteem 12Totale systeem 8Transformator (belasting, benutting) 24, 45Transiënten 18, 23, 24, 41TT-netsysteem 12Tweedelijnsbeveiliging 21

UU/f-karakteristiek 9Uitbedrijfnemingskosten 10Uitgangsfilter 36, 37, 38

VVaristor 23Vervorming 15Vervormingsspectrum 18Vervuiling 28Vollast 8Volumetrisch debiet 10

WWandmontage (lokaal) 25Warmteafgifte 27, 35Waterstoffluoride 28Waterstofsulfide 28Wikkeling 35

Index

59

AFE Active Front EndAHF Geavanceerde harmonischenfiltersATEX Atmosphère explosible (Ontplofbare atmosfeer)CE Communauté Européenne (Europese Gemeenschap)CEMEP European Committee of Manufaturers of Electrical Machines and Power ElectronicsDC WerkcyclusEff Efficiency classes, rendementsklassen (motoren)EMD Electromagnetic discharge, elektromagnetische ontladingEMC Elektromagnetische compatibiliteitEN Europese Norm (standaard)FC FrequentieregelaarIE International Efficiency (motors) IEC International Electrotechnical CommissionIP-ratings Ingress Protection ratings, beschermingsklassenLCC Life cycle cost, totale levensduurkostenLHD Low Harmonic DriveMEPS Minimum Efficiency Performance StandardsPCB Printed Circuit Board – printplaatPFC ArbeidsfactorcorrectiePLC Programmeerbare logische besturingPTB Physikalisch - Technische BundesanstaltPTC Positieve Temperatuur CoefficientRCCB Residual current circuit breakerRCD ReststroomapparaatRFI Radiofrequente interferentieTHD Totale harmonische vervorming

Afkortingen

Voedingsspanning Omgevingscondities

Voedend net: TN-C, TN-S, TT, IT

TN-S is gunstig vanwege EMC. Speciale maatregelen zijn nodig in IT-voedingen.

EMC Controleer de toepasselijke EMC-normen en de bijbehorende limieten.

Netverstoring (lage frequentie)

Hoeveel netverstoring is al aanwezig? Wat is de maximaal toegestane harmonische stroomvervorming (THDi)?

Radiofrequente interferentie(hoge frequentie)

Wat is de omgevingsklasse (1 of 2) van de fabriek?

Arbeidsfactor- compensatieapparatuur

Voorzie arbeidsfactorcompensatieapparatuur van smoorspoelen.

NettransiëntenWorden de frequentieregelaars adequaat beschermd tegen transiënten?

Max. transformator-gebruik

Vuistregel voor transformatorbelasting: circa 40% frequentieregelaars (met smoorspoel)


Andere regels gelden voor de frequentieregelaars dan in netbedrijf.

InstallatielocatieFrequentieregelaars centraal in schakelkast (IP20) of lokale wandmontage (IP54 of IP66)?

Koelingsconcept

Koeling van schakelkast en frequentieregelaar; hoge temperaturen beschadigen alle soorten elektronische componenten.

Agressieve omgeving/gassen

Gecoate printkaarten voor bescherming tegen agressieve gassen: waterstofsulfide (H2S), chloor (Cl2) en ammoniak (NH3).

Stofrijke omgeving Stof op of in de frequentieregelaar vermindert werking van de koeling.

Potentieel explosiegevaarlijke gebieden

In deze gebieden gelden beperkingen voor frequentieregelaars.

Ontwerpchecklisttoepassing frequentieregelaarsIn vier stappen het basisontwerp vaststellen voor betrouwbaar gebruik van frequentieregelaars in drinkwaterbereiding en afvalwaterverwerking

Begin na de vaststelling van de taak van de aandrijving en koppelkarakteristiek.Als alle items in deze checklist worden gecontroleerd is de basis gelegd voor een effectieve en betrouwbare installatie.

Motor en bekabeling Frequentieregelaar

Dimensionering en selectieDimensioneer volgens de motorstroom. Houd rekening met spanningsval.

Speciale toepassingMultimotorbedrijf

Speciale voorwaarden zijn hier van toepassing.

Radiofrequente interferentie (hoge frequentie)

Specificeer geschikte RFI-filters voor de juiste EMC-omgeving.

Netverstoring(lage frequentie)

Gebruik smoorspoelen voor de reductie van harmonische stromen.

Aardingsvoorzieningen Zijn maatregelen genomen om lekstromen tegen te gaan?

RCD’s Gebruik alleen “type B” RCD’s.

Motorbeveiliging en motor PTC thermistor

De frequentieregelaar bewaakt de motor PTC-thermistor.(voor EX-zone let op PTB-goedkeuring)

Bediening en gegevensweergave

Bediening en gegevensweergave via een grafisch tekstdisplay (gemonteerd in de deur van de schakelkast, waar mogelijk).

Gegevensuitwisseling (bussystemen)

Via een bussysteem (bv. Profibus) of via conventionele bedrading.

ProcesregelaarDe frequentieregelaar kan PLC-functies uitvoeren of zelfstandig regelkringen uitvoeren.

Onderhoud Is de frequentieregelaar onderhoudsvrij?

Motorrendementsklasse Selectie van een efficiënte motor

Motor voor frequentieregelaarbedrijf

Vraag de motorleverancier om bevestiging dat de motor geschikt is voor frequentieregelaarbedrijf.

Uitgangsfilter:sinusfilter of du/dt-filter

Aanvullende filters voor speciale toepassingen.

Motorkabel

Gebruik een kabel met geschikte afscherming.Let op de specificatie voor de maximale motorkabellengte.

AardingsvoorzieningenZorg voor goede potentiaalvereffening. Is een aardingsplan beschikbaar?

Afschermings- voorzieningen

Gebruik EMC-wartels en werk de afscherming op de juiste wijze af.

drives.danfoss.com

http://drives.danfoss.com

62

Opmerkingen

DKDD.PB.205.A1.10 © Copyright Danfoss Drives | 2016.03

Danfoss Drives, Vareseweg 105, 3047 AT Rotterdam., Nederland, Tel. +31 (0)10 2492050, Fax +31 (0)10 2492041, [email protected], www.drives.danfoss.nlDanfoss Drives, A. Gossetlaan 28, 1702 Groot-Bijgaarden, België, Tel. +32 (0)2 525 07 11, Fax +32 (0)2 525 07 57, [email protected], www.danfoss.be/drives/nl

Danfoss Drives Danfoss Drives is wereldwijd toonaangevend op het gebied van variabele snelheidsregeling van elektromotoren. We willen u laten zien dat een betere toekomst wordt gedreven door frequentieregelaars. Dit is behalve simpel ook ambitieus.

We bieden u ongeëvenaard concurren-tie voordeel door middel van hoog-waardige, toepassingsgerichte producten die zijn afgestemd op uw behoeften – en een uitgebreide reeks diensten ter ondersteuning.

U kunt erop vertrouwen dat wij uw doelstellingen delen. Ons doel is het behalen van optimale prestaties binnen uw toepassing. We doen dit door u te voorzien van innovatieve producten en kennis die nodig is om het rendement te optimaliseren, de bruikbaarheid te verbeteren en de complexiteit te verminderen. Van het leveren van afzonderlijke frequentieregelaars tot het plannen en leveren van complete aandrijfsystemen:

onze specialisten staan klaar om u bij het volledige traject te onder steunen.

We kunnen putten uit tientallen jaren ervaring binnen diverse sectoren, waaronder:

Chemie Kranen en takels Voedingsmiddelen en dranken HVAC Liften en roltrappen Maritiem en offshore Materiaalverwerking Mijnbouw en mineralen Olie en gas Verpakking Pulp en papier Koeling Water en afvalwater Wind

Ontdek hoe eenvoudig het is om zaken te doen met ons. Onze experts zijn online en lokaal in meer dan 50 landen aanwezig. Ze zijn dus nooit ver weg en reageren snel wanneer u ze nodig hebt.

Sinds 1968 zijn we pioniers op het gebied van frequentieregelaars. In 2014 zijn Vacon en Danfoss gefuseerd tot een van de grootste bedrijven binnen de sector. Onze AC-frequentieregelaars kunnen zich aanpassen aan elke motortechnologie en we leveren producten in het vermogensbereik van 0,18 kW tot 5,3 MW.

Ethe

rNet

/IP™

en

Dev

iceN

et™

zijn

han

delsm

erke

n va

n O

DVA

, Inc

.

mailto:[email protected]

http://www.drives.danfoss.nl

mailto:[email protected]

http://www.danfoss.be/drives/nl

Facilitaire dienstverlening, ontwerp en...

Documents

Transcript of Facilitaire dienstverlening, ontwerp en...